Combustibles y Lubricantes PDF
July 18, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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“Combustibles y Lubricantes” está pensado como un libro técnico auxiliar condensado para ofrecer un excelente apoyo y entregar una poderosa ayuda para el conocimiento de los procesos técnicos de los temas contenidos en éste y sus conexiones. El libro, posee una compilación con la mayor cantidad de información posible para que el estudiante tenga el beneficio de tener a la mano todo sobre extenso, éste tipopero de a información, más rápido y fácilmente, en tenga un sólo documento, su vez entendible para todo aquel que ya un conocimiento básico del tema a cuestionarse. Se empezará con Química y Petróleo en forma clara y concisa para dar un enlace a los próximos capítulos que serán combustibles y lubricantes, en los cuales se darán a conocer su composición, usos y características. Luego se tratará de la importancia que tiene un análisis de aceite lubricante usado y su incorporación a la mantención preventiva pasando por las pruebas que se realizan a los combustibles y lubricantes. Se incluye gran cantidad de medios auxiliares acreditados para la clara exposición de la materia, tales como fotos, dibujos, representaciones funcionales y tablas, entre otras. No es posible la presentación amplia de temas concretos en el contexto de este libro, pero no se quiso prescindir de los temas y datos generales teniendo cuenta la diversidad usuarios, por dirigirse lo que se el hace referenciapara con libros o en información externa de donde pueda estudiante complementar estos temas. Se quiere resaltar, que para la elaboración de este libro, se ha tenido que visitar numerosas empresas referentes al rubro para adquirir información actualizada, lo que se ha complementado con una gran cantidad de libros e investigación vía Internet para lograr los objetivos impuestos por los autores.
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QUÍMICA ................ .................................. ................................... ................................... .................................... ................................... ................................... .............................. ............ 2
Estructura atómica............. ómica........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................3 ............3 Sistema periódico periódico de los elementos elementos ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ..........................4 ............4 Concepto Concep to ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................9 ............9 Clasificación de los compuestos inorgánicos...................................................................................9 Compuestos Compue stos binarios binarios.............. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .....................9 .......9 Compuestos con dos o más átomos distintos................................................................................11 Conceptos generales de química orgánica....................................................................................14 Denominació Denomi naciónn genera generall de las cadenas carbonadas ............................ .......................................... ........................... ........................... ...............15 .15 Hidrocarburo Hidroc arbuross ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................15 ...15 Alcoholes Alcohol es ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................16 ..........16 Aldehídos................ Aldehí dos.............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................17 ........17 Cetonass ........................... Cetona ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................17 ............17 Ácidos carboxilicos carboxilicos .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................17 ..........17 Benceno y algun algunos os de sus deriv derivados ados .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ........................18 ..........18
PETRÓLEO ................ .................................. ................................... ................................... .................................... ................................... ................................... ......................... ....... 22
Industria de petróleo a nivel mundial ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ........................24 ..........24 Industria petrolera en chile......................... chile....................................... ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ...............2 .26 6
La formación del petróleo ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................29 ............29 ¿Dónde se encuentra el petróleo?........................... petróleo?......................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ...............29 .29
Exploración geológica................................ geológica.............................................. ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ...............30 .30 Exploración geofísica.............................. geofísica............................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................30 ...30 Exploración sísmica.............. sísmica ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ......................30 ........30 Exploración gravimétrica......................... gravimétrica....................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................31 ...31 Exploración magnética ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................31 ...31
Hidrocarburos constituyentes ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ......................33 ........33 Destilación atmosférica o topping.............. topping ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ...............38 .38 Destilación al vacío...................................... vacío.................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................39 ............39 Reformación catalítica ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................40 ...40 Cracking catalítico y cracking térmico............................... térmico............................................. ............................ ............................ ............................ ...................41 .....41 Alquilación ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ......................42 ........42 Tratamiento de livianos................................ livianos.............................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................43 ............43 Esquema de refinación del petróleo ...................................... .................................................... ............................ ........................... ........................... ...............44 .44
COMBUSTIBLES .................. ................................... ................................... .................................... .................................... ................................... ................................. ................ 45
Principio de funcionamiento.............................. funcionamiento............................................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................46 ........46 Clasificación.......................... Clasificación............ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................46 ........46 Conceptos importantes....................................... importantes..................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ...................54 .....54
............................ Poder calorífico................................... calorífico..................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................55 ........55 Calor de vaporización ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...................56 .....56 Propiedades ópticas ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................56 ........56
4 Diesel Oil ............. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................61 ..........61 Combustibles para motores de gasolina................................ gasolina.............................................. ............................ ............................ ........................... ..............6 .68 8 Kerosene ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................81 ..........81
LUBRICANTES.................. .................................... ................................... ................................... .................................... ................................... ................................... .................... 85
Fricción sólida..................................... sólida................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................86 ........86 Reducción de la fricción............................... fricción............................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................87 ............87 ¿Qué elementos de máquina se lubrican? ............................ .......................................... ............................ ........................... ........................... ...............8 .88 8 Lubricantes ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... .....................89 ........89 Formas de lubricación ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................92 ...92 Fricción fluida.......................... fluida........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...................96 .....96 Eficiencia de los cojinetes................................. cojinetes............................................... ............................ ............................ ............................ ........................... .....................97 ........97 Desajuste.................................. Desajuste.................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............10 .100 0 Desgaste.......................... Desgaste............ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................101 ..........101 Como elegir un lubricante........................................ lubricante...................................................... ............................ ............................ ........................... ..........................101 .............101 Los lubricantes en acción ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................103 ..........103
Lubricantes líquidos..................................... líquidos................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................107 ..........107 Lubricantes sólidos .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................108 ........108 Aceites animales, vegetales y de pescado ............................ .......................................... ............................ ........................... ..........................109 .............109 Grasas ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................109 .............109
Grupo de lubricantes industriales ............................ .......................................... ............................ ............................ ........................... ..........................118 .............118 Grupo de lubricantes automotrices ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ........................120 ..........120
Composición de una grasa lubricante............................. lubricante........................................... ............................ ............................ ........................... ...................121 ......121 ¿Cuándo utilizar una grasa?................................. grasa?............................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ...............123 .123 ¿Cómo elegir una grasa? ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................124 ..........124
Efectos adversos de los aditivos........................... aditivos......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ...............126 .126 Los aditivos en un aceite lubricante ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ........................127 ..........127
Monogrados:.................................................. Monogrados:.................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................129 ........129 Multigrados: ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................129 ...129 Comparación de aceite monogrado/multigrado mono grado/multigrado ............................ .......................................... ........................... ........................... ....................130 ......130
Algunas desventajas de los aceites sintéticos ........................... ......................................... ............................ ............................ ......................132 ........132 Características y ventajas................................. ventajas............................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ....................132 ......132 Clasificación.......................... Clasificación............ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ....................134 ......134 Tipos............. Tipos ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............134 .134 Selección ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................134 ........134 Aspectos que se deben tener en cuenta al implementar un lubricante sintético................... sintético......... .................... ...................... ....135 ................135 Contaminación.................................... Contaminación...................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ....................136 ......136 Oxidación................................................ Oxidación.................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............136 .136
Consumo de aceite en motores de combustión interna ........................... ......................................... ............................ ......................140 ........140 Interpretación errónea respecto al consumo de aceite ............................ .......................................... ............................ ......................140 ........140
Almacenamiento ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................141 ..........141 Manipuleo .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................142 ........142 Suministro.................................... Suministro...................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ...........................143 .............143
Mantener seco el aceite............................... aceite............................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ........................144 ..........144 Mantenga limpio el sistema ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ......................144 ........144 Analice el aceite de vez en cuando ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ........................145 ..........145 Cuidado cuando cambie o agregue aceite. .................................. ................................................ ........................... ........................... ....................146 ......146 No descuidar la mantención preventiva........................................ preventiva...................................................... ........................... ........................... ....................146 ......146 Drenar según programa................................. programa............................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ......................146 ........146 A la caza de problemas. ............................ .......................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ...........................146 .............146 Recomendaciones para la aplicación de aceites o grasas lubricantes ........................... ........................................147 .............147
5 Motores Bencineros.............. Bencineros ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................150 ......150 Motores diesel .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............15 .150 0
Transmisiones mecánicas y diferenciales ...................................................................................151 Transmisiones Transmi siones automát automáticas icas ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ......................151 ........151 Especialidad Especia lidades es automotrices automotrices.............. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................151 ......151 Grasas automot automotrices...... rices.................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................151 .............151 Maquinaria Maquin aria textil............... textil............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................152 ..........152 Transformador Transf ormadores es ............. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................152 ..........152 Máquinas Máquin as herramientas herramientas aceites aceites de corte........................................ corte...................................................... ............................ ............................ .................152 ...152 Hidraulico – transmisiones maquinaria agricola...........................................................................152 Transmisiones Transmi siones Caterp Caterpillar illar TO-4................................... TO-4................................................. ............................ ............................ ............................ ......................152 ........152 Transmisiones Transmi siones allison allison c-4 ............. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................152 ..........152
Engranajes industriales cerrados.................................................................................................153 Hidráulicos.................. Hidráu licos................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............153 .153 Hidraulicos Hidrau licos marinos marinos ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................153 ......153 Turbinas Industriales / Gas / Vapor / Sistemas Circulacion.........................................................153 Herramientas Herrami entas neumáticas................... neumáticas................................. ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................154 ......154 Compresores de refrigeración .....................................................................................................154 Compresores Compre sores ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............154 .154 Transferencia de calor – temple ..................................................................................................154 Grasas indust industriale rialess .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................154 ........154 Motosierras...................... Motosie rras.................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................155 ..........155 Engranajes Engrana jes abiertos..................... abiertos................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................155 .............155 Bancadass – corred Bancada correderas eras máquinas máquinas herramientas herramientas ............................ .......................................... ............................ ............................ .................155 ...155
PRUEBAS A LOS COMBUSTIBLES Y LUBRICANTES ... ..................... ........... ...................... ......................... ...................... ...........156 .156 Atrapamiento de ....................... aire (DIN...................... 51 381 TUV prueba de choque)........................................................157
Punto de anilina (ASTM D 611 y ASTM D 1012).........................................................................159 Contenido de cenizas (ASTM D 874 para residuos sulfatados)...................................................160 Temperatura Temper atura de auto-ignici auto-ignición ón (ASTM D 2155) .......................... ........................................ ............................ ............................ ......................162 ........162 Número de bromo / índice de bromo (ASTM D 1159, D 1491 y D 2710).....................................163 Número de cetano (ASTM D 613) ........................... ......................................... ............................ ............................ ........................... ..........................164 .............164 Punto de turbidez turbidez (ASTM D 2500)............................. 2500)........................................... ............................ ............................ ............................ ........................166 ..........166 Corrosión en lámina de cobre (ASTM D130)...............................................................................167 Demulsibilidad (ASTM D 1401 y ASTM D 2711) .........................................................................168 Resistencia dieléctrica (ASTM D 877 y D 1816)..........................................................................169 Dilución para los aceites de cárter (ASTM D 322).......................................................................170 Destilación Destil ación.............. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ....................172 ......172 Punto de goteo de la grasa (ASTM D 566 y ASTM D 2265)........................................................174 Puntos de chispa de encendido en recipiente abierto (ASTM D 92)............................................175 Características espumantes de los aceites lubricantes (ASTM D 892) .......................................177 Prueba de desgaste con cuatro esferas (ASTM D 2266) y prueba de presión (EP) con cuatro esferas (ASTM D 2596) .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............178 .178 Densidad Densid ad (ASTM D 287)............................ 287).......................................... ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................179 .............179 Consistencia de la grasa (ASTM D 217 y D 1403) ......................................................................180 Goma la neutralización gasolina gasolina (ASTM D 381)........................................ 381).......................... ............................ ............................ ............................ ........................181 ..........181 Númeroende (ASTM D 664 y D 974).......................................................................182 Número de octano octano (ASTM D 2699 y D 2700) .............. ............................ ............................ ............................ ............................ ......................183 ........183 Estabilidad a la oxidación de los aceites (ASTM D 943)..............................................................184 Insolubles en pentano y benceno (ASTM D 893) ........................................................................185 Punto de fluidez fluidez (ASTM D 97) .............. ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................186 ...186 Contenido Conteni do de azufre ............. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ....................187 ......187 Pruebass de Extrema Presió Prueba Presiónn (EP)............... (EP)............................. ............................ ............................ ............................ ............................ ........................188 ..........188 Presiónn de vapor (ASTM D 323)................................ Presió 323).............................................. ............................ ............................ ............................ ........................189 ..........189 Viscosidad Viscosi dad (ASTM D 88, D 445)......................... 445)....................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .................190 ...190 Índice de viscosidad (ASTM D 567 y D 2270) ........................... ......................................... ............................ ............................ ......................191 ........191 Arrastre de agua (ASTM D 1264) ............................ .......................................... ............................ ............................ ........................... ..........................193 .............193 Agua y sedimento (ASTM D 96, D 95 y D 473) ...........................................................................194 Aplicación de la prueba por el tipo de producto...........................................................................195
ANÁLISIS DE ACEITE LUBRICANTE USADO......... .................. .................. .................. .................. .................. .................. .................. .................. ............ ... 196
Contaminación.................................... Contaminación...................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ........................... ....................198 ......198 Degradación ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................198 ...198
Análisis espectrométrico (o análisis de desgaste) ............................ .......................................... ............................ ............................ ...............199 .199 Análisis infrarrojo (o análisis del estado del aceite) .......................... ........................................ ............................ ............................ ...............201 .201
6 Análisis ferrográfico ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................202 ......202
Contaminación.................................... Contaminación...................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................202 ......202 Degradación ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................204 ...204
El sistema de lubricación ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..........................205 ............205 Cojinetes................................. Cojinetes................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................206 ...206 Cigüeñales................................... Cigüeñales..................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................207 .............207 Pistones, anillos y camisas ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ......................209 ........209 Turboalimentadores..................................... Turboalimentadores....................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................210 ..........210 Válvulas ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................213 ..........213
Contenido de azufre en el combustible............................... combustible............................................. ............................ ............................ ............................ ...............21 .214 4 Mantenimiento básico del sistema s istema de lubricación.................................. lubricación................................................ ............................ ........................215 ..........215 Cómo advertir la contaminación ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ...............21 .215 5 Medidas a tomar ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ........................216 ..........216
Muestra representativa ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............21 .218 8 Criterios de comparación ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................219 .............219 Experiencia previa pr evia para la evaluación ............................ .......................................... ............................ ............................ ........................... ...................219 ......219
Aciertos................................... Aciertos..................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................222 ...222
Ejemplo Nº1: motor convencional de aviación....................................... aviación..................................................... ............................ ........................223 ..........223 Ejemplo Nº2: turbina de avión ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ .................223 ...223 Ejemplo Nº3: bus fiat ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................223 ...223 Ejemplo Nº4:....................................... Nº4:..................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................224 ......224 Ejemplo Nº5:....................................... Nº5:..................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................225 ......225 Ejemplo Nº6:....................................... Nº6:..................................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................225 ......225 Ejemplo Nº7: Análisis físico-químico de un aceite usado y la prevención de fallas en un motor a combustión interna. ............................ .......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ...................226 ......226
Detección de desgaste ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ...............228 .228 Recoleccion de muestras........................... muestras......................................... ............................ ............................ ............................ ........................... ..........................229 .............229 Cuadros de valores límites de contaminación y desgaste ............................ .......................................... ............................ .................229 ...229 Puntos que afectan las características de un aceite lubricante ............................. ........................................... ......................230 ........230 Cartilla tipo para un análisis de laboratorio....................................... laboratorio..................................................... ............................ ............................ ...............232 .232
NORMATIVA .................. .................................... ................................... ................................... .................................... ................................... ................................... .................... .. 233
Clasificaciones API .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................235 ........235 Especificaciones MIL. ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ .................238 ...238 Grados de viscosidad SAE. ............. ........................... ............................ ............................ ............................ ............................ ............................ ......................238 ........238
Pesos representativos de los productos de petróleo ........................... ......................................... ........................... ..........................246 .............246 Grados de viscosidad según ISO (DIN 51519) .......................... ........................................ ............................ ............................ ......................246 ........246 Tablas de Conversión....................................... Conversión..................................................... ............................ ............................ ........................... ........................... ....................246 ......246
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Los átomos son sistemas complejos y, prescindiendo de los distintos “modelos atómicos” que se han ido proponiendo a partir de fi finales nales del siglo siglo pasado, como el de J. J. Thomsom, que suponía que el átomo era una esfera con electricidad positiva en la que estaban incrustados los electrones (partículas de poca masa y con carga negativa), a partir de la experiencia de Rutherford (bombardeo de átomos con partículas α), se fue perfilando la verdadera estructura del átomo. El átomo tiene un núcleo o parte central con un diámetro aproximado de 10-13 cm., en el que se encuentran concentrados su carga positiva y, prácticamente, toda su masa. El volumen de ese núcleo es muy pequeño en relación con el volumen total del átomo, cuyo diámetro es unas 100.000 veces mayor. Esto quiere decir que el núcleo atómico supone una concentración de masa elevadísima, de gran densidad. En un átomo neutro, como se verá después en distintos esquemas atómicos, la carga negativa de los electrones está exactamente equilibrada por la de los protones del núcleo. En definitiva, los átomos están constituidos por tres tipos de partículas elementales. Los que, como indica su nombre, no tienen carga eléctrica, pero sí una masa relativamente grande. Los , con una masa análoga a la de los neutrones y con carga positiva. Ambos tipos de partículas constituyen el núcleo del átomo. Fuera del núcleo y a distancias relativamente grandes se encuentran los , partículas muy ligeras, de poca masa en relación con las anteriores y con carga negativa igual y de signo contrario a la de los protones. En resumen, las partículas elementales poseen las características que se expresan en la siguiente Tabla:
Electrón
0,00550
-1
Protón
1.00732
+1
Neutrón
1.00866
0
Si cada protón tiene una carga positiva, la carga total del núcleo coincidirá con el número de protones. Si, por ejemplo, el núcleo de átomo de litio tiene tres protones y cuatro neutrones, la carga de ese núcleo es + 3. Al número de protones que posee un átomo en su núcleo se le denomina “número atómico”, y suele designársele por Z. De acuerdo con lo que antes dijimos, el número atómico coincide también con el número de electrones del átomo neutro, porque “neutro” significa eléctricamente neutro y, por tanto, con igualdad de cargas positivas y negativas. (1)
uma: unidad de masa atómica. -19 Carga elemental o cuanto eléctrico, cuyo valor es 1,6 x 10 columbios.
(2)
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Se llama (3) a la suma de protones y neutrones que tiene
un átomo dado en su núcleo. Los protones y neutrones constituyen las partículas pesadas, puesto que la masa del electrón, como se ve en la tabla anterior, es despreciable. La masa atómica suele designarse por la letra A. Es corriente emplear símbolos sencillos con los que inmediatamente vemos la estructura de un átomo. Suele ponerse el número atómico como subíndice y la masa atómica como índice del símbolo de un determinado 19
39 elemento. Así, , indica el átomo de potasio neutro tiene Z =por19ejemplo, y A = 39,k es decir, que posee posee 19 protones en el normal núcleo oy también 19 electrones fuera del núcleo y 39 – 19 = 20 neutrones en el núcleo.
En efecto, se ha dicho que la masa atómica A = p + n = Z + n, siendo p el número de protones y n el número de neutrones. Luego, n = A – Z. Conviene aquí señalar que no todos los átomos de un elemento o cuerpo simple poseen la misma masa; no responden al mismo “modelo” atómico y esto nos lleva a la existencia de isótopos. Isótopos son átomos que poseyendo el mismo número de protones y de electrones, pero difieren en el de neutrones. Así, el elemento o cuerpo simple litio, (4)
3
e e
3
posee dos y el li tiene ( Fig. un 1) difieren en isótopos su núcleo, –elelli segundo neutrón más que el primero – pero la parte externa, la configuración electrónica, es la misma en ambos. 6
3P 2N
7
Átomos de este tipo definen una “pléyade” o conjunto de isótopos que constituyen y definen a un elemento dado.
e
Fig. 1
La masa atómica A de un elemento es la resultante de la presencia de dos o más isótopos del mismo.
El comportamiento químico de los elementos permite obtener datos importantes acerca de la constitución de los átomos correspondientes. Y a la inversa, de la estructura atómica de los elementos se pueden predecir muchas de sus propiedades químicas. Así, se observa que casi todos los elementos son capaces de reaccionar, de unirse a otros formando compuestos; pero existen varios, como el helio, neón, argón, etc., que poseen tendencia a reaccionar, que son químicamente inertes. Pues bien, si se ordenan los elementos según su número atómico creciente, puede verse que esos elementos inertes de que se habla no van juntos, no están uno a continuación de los otros, sino que aparecen periódicamente a lo largo de la serie formada. (3)
Es corriente llamarla peso atómico, pero es más correcta la denominación de masa atómica. La palabra isótopo viene de iso = igual igual y topos = lugar, lo que significa significa que, como verem veremos, os, los isótopos ocupan el mismo lugar en el sistema periódico de los elementos. Y en definitiva, que un elemento está constituido por un conjunto de isótopos o “pléyade”. (4)
10
No solamente esta propiedad, la incapacidad de reacción, sino otras muchas propiedades químicas aparecen o se repiten periódicamente, hecho que se conoce con el nombre de ley periódica.
VIIIb
Ia
2
1
IIa
IIIb
IVb
Vb
VIb
VIIb
3
4
5
6
7
8
9
10
1,008
6,941
9,012
11
12
22,990
24,305
19
10,811
12,011
14,007
15,999
18,998
20,180
13
14
15
16
17
18
26,982
28,086
30,974
32,066
35,453
39,948
31
32
33
34
35
36
63,546
65,39
69,723
72,61
74,922
78,96
79,904
83,80
47
48
49
50
51
52
53
54
102,90 77
106,42
112,41 80
114,81 81
118,71 82
121,75 83
127,60
131,29
IVa
Va
VIa
VIIa
20
21
22
23
24
25
26
27
39,098
40,087
44,956
47,88
50,942
51,996
54,938
37
38
39
40
41
42
43
85,468
87,62
88,906
91,224
92,906
95,94
Ib
IIb
28
29
30
55,847
58,933
58,693
44
45
46
98,906
VIIIa
5,5
56
57
72
73
74
75
101,10 76
78
107,86 79
84
126,90 85
*
132,90 87
137,32 88
138,90 89
178,49
180,94 105
183,84
192,22
195,08
208,98
(209)
(210)
(222)
109
204,38
207,2
108
196,96
200,59
106
186,20 107
190,23
104
**
?
?
?
?
(223)
226,02
(227)
(261)
(262)
( )
( )
( )
( )
**
86
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
140,11 90
140,90 91
144,24
(145)
150,36
157,25 96
98
100
168,93 101
173,04
94
164,93 99
167,26
93
158,92 97
162,50
92
151,96 95
174,96 103
232,03
231,03
238,02
237,04
(244)
(243)
(247)
(247)
(251)
(252)
(257)
(258)
(259)
(260)
*
102
Todos los elementos están ordenados según su número atómico creciente (número de protones) en filas horizontales llamadas periodos. Las columnas verticales se llaman grupos. Debajo de los símbolos se indica la masa atómica relativa. Los valores entre paréntesis son los números de masas (números de nucleones) de los isótopos más estables de los elementos radioactivos.
12
Esta ley, fundamental en un estudio racional de la química, se debe a Lothar Meyer y Mendeleiev, que la enunciaron con pequeñas variantes a como la que se conoce en la actualidad. Los elementos inertes (Fig. 2 y 3) He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn, de números atómicos 2, 10, 18, 36, 54 y 86 respectivamente, son gases y se les llaman gases nobles.
e e e
e
e
e 2P
10P
2N
10N
e
e
e
e
e
e
Fig. 2
4,003
IIIa
Fig. 3
Los elementos que les siguen inmediatamente – LI, Na, K, Rb, Cs y Fr – con números atómicos 3, 11, 19, 37, etc., tienen carácter metálico, es decir, poseen brillo metálico y son buenos conductores de calor y de la electricidad. Forman el grupo de los metales alcalinos y químicamente su comportamiento
1 1
es muy parecido. Los elementos que en la serie están inmediatamente antes que los gases inertes –F, Cl, Br, I, Al– de números atómicos 9, 17, 35, 53 y 85, forman el grupo de los halógenos y tienen también entre ellos propiedades químicas muy parecidas: son malos conductores del calor y de la electricidad. Los dos primeros son gases, el bromo es líquido y los dos siguientes sólidos. Así se podría estudiar por grupos o “familias” los distintos elementos o cuerpos simples; de esos grupos haremos más adelante un breve comentario. Para resaltar la repetición periódica de las propiedades químicas de los elementos, se les dispone no alineados por su número atómico, sino en la forma llamada Sistema Periódico de los Elementos. Existen diversas formas de disponer los elementos, una de las cuales es la que adoptamos en la Tabla 2 (pag. anterior). El número situado arriba del símbolo es el número atómico y el número inferior es la masa atómica aproximada. Las características fundamentales del Sistema Periódico son las siguientes: en primer lugar, los elementos están ordenados por su número atómico creciente, pero distribuidos en –líneas horizontales– de forma que las líneas verticales queden agrupados los elementos de propiedades
13
parecidas que constituyen los , alguno de los cuales ya hemos descrito. Mientras que en algunos Sistemas Periódicos Periódicos se distinguen los grupos I a, II a, III a, ..., VII a (columna del Mn, Tc y Re), I b (columna del Cu, Ag y Au), II b, ... , VII b (halógenos), en otros, como en el que aquí se incluye, los elementos comprendidos entre los grupos II y III reciben el nombre de , aunque también por columnas forman grupos de propiedades análogas: De izquierda a derecha va decreciendo el carácter metálico, aunque es el que predomina en los elementos de transición. El primer periodo tiene dos elementos. El 2º y el 3º tienen 8 elementos, el 4º y el 5º, 18. El 6º, 32, y el 7º está incompleto y se conocen en él hasta 15 elementos. Es fundamental, aunque se estudiará brevemente sin detallar, cómo se ha llegado a determinar, saber cómo están distribuidos los electrones en los átomos, con lo que se explicará perfectamente la aparición periódica de unas mismas propiedades químicas. Es evidente que si los electrones situados fuera del núcleo y éste posee cargas opuestas, los electrones han de estar en movimiento, pues de lo contrario caerían sobre el núcleo, por el que son atraídos. Pues bien, los electrones, además de estar en movimiento, se encuentran distribuidos en distintos niveles, llamados (5). Estos niveles se designan por los números: el 1, el de menor energía; el 2, el que le sigue; el 3, el que le sigue en energía al 2, etc. Además, el número máximo de electrones por nivel viene dado por la expresión 2 · n2, siendo n el número del nivel, es decir, en el nivel 1, habrá 2
2
como máximo, 2 x 1 electrones, etc.
2. En el nivel 2, como máximo habrá 2 x 2
8
Los electrones del mínimo nivel energético se dice que están en la órbita , la más interna; los del 2º nivel, en la órbita , y así sucesivamente, , , ,... A medida que al pasar de un elemento a otro de mayor número atómico se van llenando órbitas, los electrones se van disponiendo en las órbitas siguientes o superiores. Cuando una órbita o capa está completa, la estructura es de un gas noble. “Las propiedades químicas de los átomos están íntimamente relacionadas con el número de electrones del nivel energético más externo o última órbita”. Aunque se ha supuesto que todos los electrones de una misma energía están situados en una misma capa o nivel, en realidad cada nivel principal consta de una o más subcapas, es decir, cada nivel principal posee uno o varios subniveles de energía. El número de estos subniveles es igual al número cuántico principal. Esto significa que el nivel n = 1, o capa tiene tiene una sola capa o nivel sencillo. La tiene 2 subniveles, etc. Estos subniveles se designan, el más bajo por y sucesivamente por , y y .
(5)
Según los niveles, así es la energía. Los niveles más próximos al núcleo son los de menor energía.
14
También hay limitación por el número de electrones que contienen las subcapas. Una subcapa , solo puede contener 2; una , 6; una 10 y una , 14(6). Para mejor comprensión de lo que llevamos dicho, incluimos la Tabla 3, que muestran las configuraciones electrónicas de los elementos más importantes cuando sus átomos se encuentran en el estado de mínima energía.
(6)
Es corriente usar la palabra “orbital” al referirse a un nivel de energía asociado a una determinada distribución electrónica.
15
Z
1 s 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 sp
3 spd
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
element o H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al
1 2 21 22 23 24 25 26 26 26 26
1 2 21
14 15 16 17 18 19 20 24 25 26 27 28 29 30 33
Si P S Cl Ar K Ca Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn As
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26
22 23 24 25 26 26 26 265 265 266 267 268 2 6 10 2 6 10 2 6 10
4 spdf
1 2 1 2 2 2 2 1 2 23
5 spdf
6 spdf
34 35 36 38 42 47 50 51 53 54 55 56 76 77 78
Se Br Kr Sr Mo Ag Sn Sb I Xe Cs Ba Os Ir Pt
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2 26 6 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26 26
2 26 6 10 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10
2 24 5 26 26 265 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 10 14
2 1 1 22 23 25 26 26 26 266 267 269
1 2 2 2 1
79 80 82 83
Au Hg Pb Bi
2 2 2 2
2 26 6 26 26
2 26 6 10 10 2 6 10 2 6 10
2 26 6 10 10 14 14 2 6 10 14 2 6 10 14
2 26 6 10 10 2 6 10 2 6 10
1 2 22 23
16
“Se entiende por nomenclatura al conjunto de normas que establecen la manera de nombrar los compuestos químicos, o lo que es igual, la molécula que los constituye”.
Aún, cuando más adelante se hable de los compuestos inorgánicos más importantes, ácidos, bases y sales, a los efectos de su nomenclatura y formulación, se dará ahora unas ideas sencillas sobre dichos compuestos. “Ácido es un compuesto químico que en solución acuosa proporciona iones hidrógeno, H+”. “Base es un compuesto químico que en solución acuosa proporciona iones oxhidrilo, OH – ”. “Sales son sustancias unidas por enlace electrovalente, tales como el Cl – Na+, NO3 – K+, etc., formadas por iones distintos al H+ y al OH – ”.
Estas sales que se han definido se conocen con el nombre de sales neutras y pueden considerarse derivadas de los ácidos por sustitución del hidrógeno ionizable por un metal. Existen además sales ácidas, sales básicas y sales dobles, de cuyo estudio prescindiremos. Además de los compuestos citados existen otros que resultan de la
combinación del oxígeno con otro elemento, y que reciben el nombre general de . Para un estudio sencillo y racional de la nomenclatura inorgánica se comenzará por los compuestos binarios que son, como su nombre indica, los formados por la unión de dos elementos. Algunos de estos compuestos binarios quedarán identificados, como veremos, con algunos de los compuestos enumerados en esta clasificación.
1. . Se nombra primero el elemento más electronegativo de los dos que forman la combinación dándole la terminación uro (que en todos los casos nos indica que la combinación no tiene oxígeno) y a continuación se nombra el otro elemento. Ejemplos: HF fluoruro de hidrógeno HCl cloruro de hidrógeno H2S sulfuro de hidrógeno H3P fosfuro de hidrógeno LiH hidruro de litio CaH2 hidruro de calcio AlH3 hidruro de aluminio
17
Obsérvese que estas combinaciones se forman uniendo el elemento correspondiente con tantos átomos de H como número de valencia posee el elemento en cuestión. Así como el P tiene valencia 3, está unido con 3 átomos de hidrógeno; el Ca tiene valencia 2 y está unido a 2 átomos de hidrógeno, etc.
2. . Se nombran anteponiendo la palabra óxido al elemento con el que está combinado el oxígeno. Y si este elemento funciona con más de una valencia, se le añade la terminación o , según que funciones con la valencia mínima o máxima, respectivamente. Ejemplos: Óxido de sodio. Como el Na tiene valencia 1 y el O valencia 2 habrá que unir dos átomos de Na con uno de O, es decir, será Na 2O (4Na + O2 2O). Óxido cuproso. La terminación oso indica que el Cu actúa con valencia 1, luego la fórmula será Cu2O (2Cu2 + O2 2O). Óxido cúprico. En este caso el Cu actúa con valencia 2; por tanto la fórmula será CuO (Cu2 + O2 Óxido alumínico. Como el Al actúa solamente con valencia 3, la fórmula será AL2O3 (4Al3 + 9O2 2O3). . –La molécula de cualquier compuesto químico
ha de ser eléctricamente neutra y, por tanto, la valencia total del elemento electronegativo a de ser igual a la del electropositivo. Así, en el ejemplo anterior del óxido de aluminio, el Al actúa con valencia 3 positiva, y como son 2 átomos, 3 x 2 = 6. El O actúa con valencia 2 negativa, y como son 3 átomos, 3 x 2 = 6.
Teniendo en cuenta esto, es muy útil una regla practica para la formulación, que consiste en lo siguiente: se colocan los elementos o grupos de elementos que van a formar la combinación poniendo como índice la valencia con que funcionan. Estos índices se colocan cruzados como subíndices, obteniéndose así la fórmula buscada. Ejemplo: en el caso del óxido de aluminio, pondremos AL 3 O2. Entonces cruzamos estos números –los índices de un elemento pasan a ser los subíndices del otro– Al2O3, y obtendremos la fórmula del óxido de aluminio. Otros ejemplos de óxidos: K2O óxido de potasio FeO óxido ferroso Fe2O3 óxido férrico SnO óxido estannoso SnO2 óxido estannico Hasta aquí se han puesto ejemplos de combinaciones del O con elementos que tienen carácter metálico o electropositico. Pero también se forman combinaciones oxigenadas con los no metales. Ejemplos: Cl2O monóxido de cloro N2O3 trióxido de dinitrógeno
18
CO monóxido de carbono SO2 dióxido de azufre
Cuando alguno de estos compuestos que acabamos de citar adquiere propiedades ácidas al añadirle agua, se les denomina como correspondiente. Así, el Cl2O se llama también anhídrido hipocloroso. El SO2, anhídrido sulfuroso. El N2O3, anhídrido nitroso. Esta denominación de anhídridos quedará debidamente aclarada cuando se estudie la formulación de los ácidos oxácidos.
1. . Como indica su nombre son compuestos de carácter ácido, pero que no poseen oxígeno. Se nombran añadiendo al elemento electronegativo la terminación . Los más importantes son los siguientes: HF ácido fluorhídrico HCl ácido clorhídrico HBr ácido bromhídrico H2S ácido sulfhídrico Como puede verse, estos compuestos ya han sido estudiados anteriormente con los nombres de fluoruro de hidrógeno, etc., pero debido a su carácter ácido es mucho más frecuente nombrarlos como ahora lo hacemos. En rigor, si uno de estos compuestos, por ejemplo, el HCl que es gaseoso, no está disuelto en agua, debe llamársele cloruro de hidrógeno; pero su disolución acuosa, por tener carácter ácido, debe llamarse ácido clorhídrico.
2. . Son los ácidos que contienen oxígeno. Se nombran según a proporción de oxígeno que entre en su composición, o grado de oxidación, de acuerdo con las siguientes normas generales:
NÚMERO DE OXIDACION
ÁCIDO HIPO........OSO ÁCIDO ..........OSO ÁCIDO ..........ICO ÁCIDO PER..........ICO
Además de estas partículas, según el grado de oxidación se emplean otras que no están regidas por ninguna regla general, y que se expresarán en la serie de los ácidos correspondientes. Los ácidos de los elementos del grupo VII del Sistema Periódico, F, Cl, Br, I, llamados halógenos, son los siguientes: HClO ácido hipocloroso H ClO2 ácido cloroso H ClO3 ácido clórico H ClO4 ácido perclórico
19
De forma análoga se nombran y formulan los ácidos del Br y I. (El F no forma oxácidos). Los ácidos más importantes de los elementos del grupo VI, O, S, Se y Te son los siguientes: H2SO4 ácido sulfúrico H2SO3 ácido sulfuroso H2SeO4 ácido selénico H2SeO3 ácido selenioso H2TeO4 ácido telúrico H2TeO3 ácido teluroso Los ácidos de los elementos del grupo V, N, P, As y Sb, se formulan de manera análoga a los del grupo VII, aunque existen otros que, teniendo el mismo grado de oxidación, tienen distinta proporción de agua. Los del N son: H NO3 ácido nítrico H NO2 ácido nitroso Los más importantes del P, As y Sb son los siguientes: H PO2 ácido metafosforoso H PO3 ácido metafosfórico H3PO3 ácido ortofosforoso Existen algunas reglas sencillas para facilitar la formulación de los ácidos anteriores:
Meta + H2O
Orto ejemplo: H PO3 + H2O
Meta + Orto
Piro
H3PO4
ejemplo: H PO3 + H3PO4
H4P2O7
Los ácidos más importantes de los elementos del grupo IV, son: H2CO3 ácido carbónico H4CO4 ácido ortocarbónico
H2SiO3 ácido metasilícico H4SiO4 ácido ortosilícico
La formación de los anhídridos correspondientes a los ácidos aquí estudiados se verifica de la forma siguiente: ácido – H2O
Anhídrido.
De acuerdo con esto, si el ácido no tiene más que un H, hay que multiplicar su molécula por 2 y entonces quitarle la molécula de agua. Ejemplo: del HClO, pasamos a H2Cl2O2, y restando H2O, H2Cl2O2 – – H2O
Cl2O, anhídrido hipocloroso
Si el ácido contiene dos H, se le quita H 2O directamente: H2SO3 – – H2O H2CO3 – H2O
SO2, anhídrido sulfuroso CO2, anhídrido carbónico
En los ácidos del P, As y Sb lo más sencillo es partir del meta, operando como en el primer caso estudiando:
20
H PO3 x 2 = H2P2O6 – – H2O
P2O5, anhídrido fosfórico..
3. . Se formulan uniendo al metal correspondiente tantos grupos OH como número de valencia tenga el metal. Se nombran con la palabra y el nombre del metal terminado en . Si el metal funciona con dos valencias, se da la terminación en cuando la valencia es , y en oso, cuando es . Ejemplo: NaOH hidróxido sódico NH4OH hidróxido amónico(7) Ca(OH)2 hidróxido cálcico Al(OH)3 hidróxido alumínico
Fe(OH)3 sulfuro cuproso Fe(OH)2 hidróxido ferroso Sn(OH)4 hidróxido estánnico Sn(OH)2 hidróxido estannoso
4. . A los efectos de su formulación se considerará, según se dijo, como “cuerpos que resultan de la sustitución del hidrógeno de un ácido por un metal”. Las sales se nombran según el ácido del que proceden, de acuerdo con las siguientes normas:
Hídrico Oso Ico
Uro Ito Ato
añadiendo a continuación el nombre del metal correspondiente terminado en ico. Y como siempre, si el metal funciona con dos valencias, se le da la terminación ico cuando su valencia es máxima, y oso cuando es mínima.
Ejemplos: ClNa cloruro sódico Br2Cannbromuro cálcico I2Fe ioduro ferroso Cl3Fe cloruro férrico
SCu2 sulfuro cuproso SCu sulfuro cúprico SeK2 seleniuro potásico TeCa telururo cálcico
Del SO4H2, sustituyendo el H por un metal, por ejemplo, el Al, tendremos (SO4)3Al2, sulfato alumínico. Análogamente, PO2Na metafosfito sódico AsO4Fe arseniato férrico
(CO3)2Pb carbonato plúmbico (NO3)2Cu nitrato cúprico
(7)
El amoniaco, NH3, se disuelve en H 2O dando NH4OH, de carácter básico. El NH 4+ es el ión amónico, químicamente análogo a los iones de los metales alcalinos.
21
“Química orgánica es la parte de la química que estudia los compuestos del carbono”. Hay varias razones para estudiar por separado las combinaciones del carbono, excepto el CO, CO2, CO3H2 y los carbonatos que, por su analogía con los compuestos inorgánicos, se estudian en aquella parte de la química. Entre estas razones destacaremos las siguientes: 1. La mayor parte de los compuestos inorgánicos son sales, ácidos o bases que se ionizan y disocian cuando se disuelven en un disolvente adecuado, generalmente el agua. Los compuestos, orgánicos en su mayoría, no presentan esta propiedad, sino que sus disoluciones son moleculares. Como consecuencia de ello, la velocidad de reacción en los compuestos del carbono es muy lenta en comparación con las de los compuestos iónicos. 2. Los compuestos inorgánicos son en general muy resistentes a las altas temperaturas, y en cambio los orgánicos sólo son estables por debajo de 300ºC; por encima se descomponen.
3. Mientras que lla a mayor parte de los compues compuestos tos inorgánicos so son n electrovalentes, los orgánicos son, casi todos, covalentes, y de aquí las distintas propiedades físicas y químicas de unos y otros. 4. Los compuestos orgánicos, formados por un escaso número de elementos, principalmente C, H, O y N –el C forma parte siempre de ellos–, presentan entre
sí más analogías que las existentes entre los compuestos inorgánicos, formados por los diversos elementos. 5. El C tiene la notable propiedad de unirse no sólo con otros elementos, sino consigo mismo, formando que pueden ser muy largas y en las que cada átomo de C es un , lo que da lugar a un número muy elevado de compuestos orgánicos; se conocen actualmente cuatro veces más compuestos orgánicos que inorgánicos. La Química Orgánica se divide en dos grandes partes, según que los átomos de carbono formen o (). En el primer caso, tenemos las combinaciones acíclicas, y en el segundo, las combinaciones cíclicas. Se dirá también que es fundamental la tetravalencia del carbono. Este elemento, salvo muy contadas excepciones, actúa siempre con valencia 4, lo que ha de tenerse muy en cuenta para la formulación de sus compuestos. – C – Los compuestos orgánicos, a pesar de su número tan elevado, se clasifican en un número reducido de o . Cada función orgánica se caracteriza por su grupo funcional o conjunto de átomos que lo forman.
22
Una función, conjunto de compuestos con el mismo grupo funcional, en que unos y otros compuestos se diferencian solamente en el número de átomos de C o longitud de la cadena carbonada, forman una . Dentro de una serie homologa hay un conjunto de propiedades químicas iguales, mientras que las propiedades físicas van variando gradualmente a medida que varía el número de átomos de carbono. Estudiaremos las funciones orgánicas más importantes y su denominación con arreglo a la nomenclatura oficial de Ginebra, y en algunos casos se indicará el nombre vulgar del compuesto.
Según el número de carbonos que forman la cadena principal, lleva un prefijo en su denominación. En la cadena, cada valencia viene representada por un guión (–).
Uno
– C –
Met
Dos
– C – C –
Et
Tres
– C – C – C –
Cuatro
– C – C – C – C –
Prop
But
Y para los compuestos de cadena más larga se emplean los prefijos griegos pent, hex, hept, oct, etc.
Los son compuestos de C e H unidos entre sí , por valencias sencillas. Responden todos ellos a la fórmula general siendo n el número de átomos de C.
Se nombran con el prefijo correspondiente al número de átomos de C y la terminación . Así,
H
H H
H – C – H,
H – C – C – H,
H
H
H
H–C–C–C–H
H H
Metano (CH4)
H
H
Etano (C2H6)
H
H
Propano (C3H8)
En general, no se escriben las fórmulas desarrolladas como hemos hecho (aunque al comienzo del estudio de la formulación orgánica es muy útil su empleo), sino una fórmula en la que aparecen únicamente las valencias que unen los átomos de C, y que se denominan
23
Así, los anteriores compuestos se escriben CH4 , CH3 – CH3 , CH3 – CH2 – CH3 , respectivamente. Los hidrocarburos saturados que, al igual que los no saturados que veremos a continuación, forman parte de los petróleos, se caracterizan por ser buenos combustibles –arden mejor los de cadena corta– y por su escasa capacidad de reacción. Se les llaman también por su poca afinidad. Los son los que poseen uno o más enlaces dobles. Se denominan con el prefijo correspondiente y la terminación eno, dieno, trieno, etc., según tengan uno, dos, tres, etc., dobles enlaces. Si el doble enlace puede situarse en más de una posición, se numeran los carbonos comenzando por el más próximo al doble enlace y se le da el número del C anterior a ese doble enlace. Su fórmula general es Ejemplos: CH2 = CH2, CH3 – CH = CH2. Eteno Propeno
CH3 – CH2 – CH = CH2 Buteno – 1
CH3 – CH = CH – CH3 Buteno – 2
CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3 Penteno – 1 Los hidrocarburos eténicos, a diferencia de los saturados, reaccionan con facilidad por adición, es decir, añadiendo otros átomos a los C que forman el enlace doble, y que se convierte en enlace simple. Son también combustibles, y su estado físico –al igual que los saturados– pasa de ser gaseoso en los primeros términos, a líquido en los siguientes, y a sólido en los términos
superiores o de cadena más larga. Los son los que poseen uno o más enlaces triples. Se nombran con el prefijo correspondiente y la terminación . Su fórmula general es
Ejemplo: CH = CH, CH3 – C = CH, Etino o Acetileno Propino
CH = C – CH2 – CH3 Butino – 1
Se llaman también hidrocarburos acetilenicos, por ser su primer término el etino o acetileno, hidrocarburo muy importante en la industria orgánica. También arden con facilidad y reaccionan por adición de otros átomos a los átomos de C que forman el triple enlace, que se convierte en doble enlace o en un enlace simple.
Son los derivados de los hidrocarburos que contienen el grupo oxhidrilo, OH, unido a un átomo de C. Pueden considerarse también como derivados de los hidrocarburos por sustitución de un H por un OH. Se nombran haciendo terminar en el el nombre del hidrocarburo del que proceden. Ejemplos: del CH4 deriva el alcohol CH3OH, metanol (alcohol metílico).
24
Del CH3 – CH3 ordinario).
deriva el CH3 – CH2OH, etanol (alcohol etílico u
Del CH3 – CH2 – CH3 deriva el CH3 – CH2 – CH2OH, propanol. Si la sustitución de H por OH se presenta en más de un C, se nombran diol, triol, etc. Son los polialcoholes. Ejemplo: CH2OH – CH2OH, etanodiol, CH2OH – CHOH – CH2OH, propanotriol (glicerina). Los monoalcoholes metanol, etanol, propanol y butanol, son líquidos volátiles, los términos siguientes, líquidos poco volátiles, y los superiores, sólidos incoloros. Por oxidación, los alcoholes se transforman en aldehídos, y si la oxidación avanza, en ácidos. Se emplean mucho como disolventes de ceras, lacas, barnices, etc. El alcohol etílico o etanol se utiliza mucho también para la preparación de bebidas alcohólicas, en perfumería y como desinfectante.
Junto con las cetonas se denominan combinaciones carbonílicas porque ambas funciones contienen el grupo carbonilo, CO. Los aldehídos pueden considerarse derivados de los hidrocarburos por sustitución de 2 H por un O en un carbono primario (8). Se nombran con el correspondiente prefijo y la terminación . Ejemplos: Del CH4 deriva el H – C
O
, metanal (aldehído fórmico).
O
Del CH3 – CH3 deriva el CH3 – C H
También suelen escribirse en forma lineal: H – CHO, CH3 – CHO, etc. Los aldehídos pueden obtenerse por oxidación suave de los alcoholes primarios. Son líquidos volátiles, de olor agradable y solubles en agua. Los más importantes son el metanal o , energético antiséptico, y el etanal, de olor a manzanas, y muy empleado como disolvente.
Resultan de sustituir 2 H por un O en un C secundario. Se nombran con el prefijo correspondiente y la terminación . Ejemplos: del CH3 – CH2 – CH3 deriva el CH3 – CO – CH3, propanona o acetona. del CH3 – CH2 – CH2 – CH3, deriva el CH3 – CO – CH2 – CH3, butanona. Se obtienen por oxidación de los alcoholes secundarios. La más importante es la propanona o acetona, que se obtiene en la destilación seca de
(8)
Los átomos de C de un compuesto orgánico se clasifican en primarios, secundarios secundarios y terciarios, según que tengan 1, 2, ó 3 enlaces unidos a otros tantos átomos de la cadena carbonada.
25
la madera y es un líquido volátil, de olor agradable, muy empleado como disolvente de lacas nitrocelulósicas (pintura al duco), grasas, resinas, etc.
O
Se caracterizan por tener el grupo – C
OH
en un carbono primario. Se
nombran con la palabra ácido, el prefijo correspondiente al número de C y la terminación . Ejemplo: H–C
O
, ácido metanoico (ácido fórmico)
OH
CH3 – C
O
, ácido etanoico (ácido acético)
OH
O
CH3 – CH2 – C
OH
, ácido propanoico (ácido propiónico).
Corrientemente se formulan en forma lineal: H – COOH, CH3 – COOH, etc. Se obtienen, entre otros procedimientos, por oxidación de alcoholes y de aldehídos. La oxidación del etanol a ácido acético es el paso del vino a vinagre. El ácido metanoico o fórmico es un líquido de olor fuerte y sabor picante, que se emplea en tintorería. El ácido etanoico o acético es un líquido de fuerte olor a vinagre, que puede obtenerse por destilación seca de la madera, y se
emplea en la preparación de conservas y para la obtención de sus sales y otros derivados orgánicos, como los acetatos de metilo, etilo, amilo, etc., muy utilizados como disolventes y en perfumería.
El compuesto cíclico fundamental es el benceno, de fórmula bruta (sin desarrollar) C6H6, con sus 6 átomos de C unidos formando un hexágono – núcleo del benceno–, en cada uno de cuyos vértices se encuentra un grupo CH. Teniendo en cuenta la tetravalencia del carbono, hay que admitir la existencia de 3 dobles enlaces. Así, la fórmula establecida por Kekulé es
–CH HC–
–CH
HC–
–CH –CH
En la industria se obtienen por destilación seca del alquitrán de hulla. Es un líquido incoloro cuando está puro. Arde muy bien. El producto comercial impuro se llama . Se emplea mucho como disolvente y en la industria
26
química orgánica para obtener numerosos derivados, como la anilina y materias colorantes. Algunos de los derivados más importantes del benceno son: El nitrobenceno, que se obtiene por reacción del benceno con el NO 3H: C6H6 + NO3H H2O + C6H5NO2. Es un líquido aceitoso de olor a almendras amargas, que se aplica en perfumería, fabricación de explosivos y materias colorantes. Los hidrocarburos derivados del benceno resultan de sustituir uno o varios H del benceno por grupos –CH 3, metil, –CH2 – CH3, etil, etc. Se citará, entre ellos, el metilbenceno o tolueno, C 6H5CH3 y los dimetilbenceno o xilenos, de fórmula C6H4(CH3)2. Se citará, por último, otros derivados: la fenilamina o anilina, C6H5NH2, que es una materia básica para la fabricación de colorantes. El fenol o ácido fénico, C6H5OH, enérgico desinfectante, y muy empleado en la fabricación de resinas sintéticas. Y el ácido benzoico, C6H5COOH, del que derivan los benzoatos, utilizados en perfumería, industria farmacéutica, etc.
27
Elemento
Sím- Clase( Númer Peso Valencia Año del 9) descubrim atómic bolo o . o atómic o
Actinio Aluminio Americio(10) Antimonio Argón Arsénico Astato
Ac Al Am Sb Sr As At
m m m m g n n
89 13 95 51 18 33 85
227 26,98 243 121,75 39,95 74,92 210
3 3 3-4-5-6 3-5 0 3-5 1-3-5-7
Azufre
S
n
16
32,08
2-4-6
1899 1825 1944 Antigüeda d 1894 S. XIII 1940
Descubridor
Debierne Oersted Seaborg y otros Ramsay, Rayleigh Magnus Corson, Mackenzie, Segré
Antigüeda d Bario Berilio Berkelio (2) Bismuto Boro
Ba Be Bk Bi B
m m m m n
56 4 97 83 5
137,34 9,01 245 208,9 10,81
2 2 3-4 3-5 3
1808 1797 1949 Siglo XV 1808
Bromo Cadmio Calcio Californio(2) Carbono Cerio Cesio Circonio Cloro Cobalto
Br Cd Ca Cf C Ce Cs Zr Cl Co
n m m m n m m m g m
35 48 20 98 6 58 55 40 17 27
79,91 112,4 40,08 251 12,01 140,12 132,9 91,22 35,46 58,93
1-5 2 2 2-3-4 2-4 3-4 1 4 1-3-5-7 2-3
1826 1817 1808 1950 Antigüeda d 1803 1860 1789 1774
Davy Vauquelin Seaborg Desconocido Gay-Lussac, Thénard, Davy Balard Strohmeyer Savy Seaborg y otros Benzelius y otros Bunsen, Kirchhoff Klaproth Scheele Brandt
Cobre Criptón Cromo Curio(2)
Cu Kr Cr Cm
m g m m
29 36 24 96
63,54 83,80 52,00 247
1-2 0 2-3-6 3-4-5-6
Disprosio
Dy
m
66
162,5
3
Einstenio(2) Erbio Escandio Estaño Estroncio Europio
Es Er Sc Sn Sr Eu
m m m m m m
99 68 21 50 38 63
254 167,26 44,96 118,69 87,62 151,96
3 3 3 2-4 2 3
Fermio(2) Flúor Fósforo Francio Gadolinio Galio Germanio
Fm F P Fr Gd Ga Ge
g n m m m m
100 9 15 87 64 31 12
250 19,00 30,97 223 157,25 69,72 72,59
1-2-3 1 3-5 1 3 2-3 2-4
Hafnio Helio
Hf He
m g
72 2
178,49 4 4,003 0
1735 Antigüeda d 1898 1780 1944 1886 1952 1842 1879 Antigüeda d 1790 1901 1952 1887 1669 1939 1880 1875 1886 1923 1895
Ramsay Vauquelin Seabor y otros
Lecoq de Boisbaudran Ghiorso y otros Mosander Nilson Crawford Demarcay Ghiorso y otros Moissan Brandt Percy de Marignac Lecoq de Boisbaudran Winkler Hevesy y Coster Ramsay, Cleve,
(9)
m: metal; n: no metal; g: gas Obtenido artificialmente, no existe en la naturaleza
(10)
28
Hidrógeno Hierro Holmio
H Fe Ho
g m m
1 26 67
1,008 1 55,85 2-3-6 164,93 3
Indio Iridio Iterbio Itrio
In Ir Yb Y
m m m m
49 77 70 39
114,82 192,2 173,04 88,90
Elemento
3 3-4 3 3
1766 Antigüeda d 1878 1863 1803 1878 1794
Sím- Clase( Númer Peso Valencia Año del 11) descubrim atómic bolo o . o atómic o
Langlet Cavendish Cleve, Delafontaine, Soret Reich y Reichter Tennant de Marignac Gadolin Descubridor
1839 1961 1817 1907
Mosander Ghiorso y otros Arfvedson Urbain, James
1755 1774 Antigüeda d 1781 1885 1898 1940 1801 1751 1772 1958
Black Grahn
60 10 93 41 28 7 102
2 2-3-4-67 1-2 3-4-6 144,24 3 20,18 0 3-4-5-6 237 92,91 3-5 58,71 2-3 14,01 2-3-5 2-3 259
79 76
196,97 1-3 190,2 2-3-4-8
Antigüeda d Tennant
Lantano Laurencio( 12) Litio Lutecio Magnesio Manganes o Mercurio Molibdeno Neodimio Neón Neptunio(4) Niobio Níquel Nitrógeno Nobelio(4)
La Lr Li Lu
m m m m
57 103 3 71
138,91 257 6,94 174,97
Mg Mn Hg Mo
m m m m
12 25 80 42
24,31 54,94 200,59 95,94
Nd Ne Np Nb Ni N No
m g m m m g m
Oro Osmio
Au Os
m m
3 3 1 3
Hjelm Auer V. Welsbach Ramsay, Travers McMillan, Abelson Hatchet Cronstedt, Bergmann Rutherford Ghiorso, Seaborg
oxígeno
O
g
8
16,00
2
Paladio Plata Platino Plomo Plutonio(4) Polonio Potasio Prometio Protactinio
Pd Ag Pt Pb Pu Po K Pm Pa
m m m m m m m m m
46 47 78 82 94 84 19 61 91
106,4 107,87 195,1 207,19 244 210 39,10 145 231
2-4 1-2 2-4 2-4 3-4-5-6 6 1 3 5
Radio Radón Renio
Ra Rn Re
m g m
88 86 75
226,0 222 186,2
2 0 3-4-5-6-
Rodio Rubidio Rutenio
Rh Rb Ru
m m m
45 37 44
Samario Selenio Silicio Sodio
Sm Se Si Na
m n n m
62 34 14 11
102,9 7 85,47 3 101,07 1 4-8 150,35 3 78,96 2-4-6 28,09 4 22,99 1
1803 1774 1803 Antigüeda d Antigüeda d Antigüeda d 1940 1898 1807 1945 1917 1898 1900 1925
Priestley, Scheele
1803 1861 1808
Wollaston Bunsen, kirchhoff Klaus
1879 1817 1824 1807
Lecoq de Boishaudran Berzelius Berzelius
Wollaston (Mayas) seaborg y otros M. Currie Davy Marinsky y otros Hahn, Meitner, Fajans
P. y M. Curie Dorn Noddack
(11)
m: metal; n: no metal; g: gas Obtenido artificialmente, no existe en la naturaleza
(12)
29
Talio Tántalo Tecnecio Teluro Terbio Titanio Torio Tulio Tungsteno
Tl Ta Tc Te Tb Ti Th Tm W
m m m m m m m m m
81 73 43 52 65 22 90 69 74
Uranio Vanadio Volframio
U V W
m m m
92 23 74
Xenón Yodo Zinc
X I Zn
g n m
54 53 30
1-3 5 7 2-4-6 3 2-3-4 4 3 2-3-4-56 238,03 3-4-5-6 50,94 2-3-4-5 183,84 2-3-4-56 131,3 0 126,9 1-3-5-7 65,37 2
204,37 180,95 99 127,6 158,92 47,90 232,04 168,93 183,84
1861 1802 1937 1783 1843 1791 1829 1879 1783
Davy Crookers Eckeberg Perrier, Segré Müller Mosander Gregor Berzelius Cleve Elhuijar
1789 1801 1783
Klaproth Del Rio Elhuijar
1898 Ramsay, Travers 1811 Courtois Antigüeda d
30
31
32
Entre las industrias básicas de una nación, las que se relacionan directamente con la producción de energía ocupan un lugar preponderante. De ellas, las de combustibles son las más importantes por su ductibilidad para producir no solo fuerza motriz y calefacción, sino también una gran variedad de productos que encuentran las más diversas aplicaciones en la vida moderna. Tal es el caso de la industria del petróleo, cuyos productos principales sirven directamente como agentes propulsores de una gran variedad de motores, ya sea a explosión (gasolina) o a compresión (petróleo diesel), para el calentamiento domestico (kerosene y gas) e industrial (fuel oil) y otros numerosos fines: aceites lubricantes, solventes de diversos tipos y una gran variedad de productos químicos derivados. La industria petrolera se divide naturalmente en dos secciones: la de producción que se ocupa de la extracción del petróleo y sus yacimientos y la de refinación que variedad se ocupa de de productos la serie compleja de operaciones necesarias lograr la gran terminados que es posible producirpara del petróleo crudo.
El petróleo crudo (o sin refinar) no tiene prácticamente aplicaciones como tal, si se exceptúa su empleo ocasional como combustible. Aún en este caso se prefiere emplear para ello alguno de sus derivados, pues así se aprovecha mejor desde el punto de vista económico y técnico. Por lo tanto, en general, los productos que se emplean realmente son los derivados del petróleo crudo y no este, que constituye así la materia prima de la industria petrolera. Como se vera mas adelante, el petróleo, es una mezcla de innumerables
compuestos químicos, constituidos principalmente por dos elementos: carbono e hidrogeno y que por esto seque llaman hidrocarburos. Al someter el petróleo crudo a la serie de operaciones constituyen su refinación, se obtienen de él una diversidad de productos finales elaborados, siendo los principales; El gas de refinería, constituido por hidrocarburos muy livianos, gaseosos o líquidos, e hidrogeno, de alto poder calorífico que se emplea para los mismos fines que el gas de alumbrado. El gas licuado o LPG (Liquified Petroleum Gas) constituido esencialmente por propano (propano LPG) o butano (butano LPG) y que se vende licuado en botellas, como sustituto del gas de alumbrado. La gasolina, cuyo uso como combustible (carburante) en los vehículos es conocido de sobra. La nafta, quecomestibles, se empleabarnices, en diversas industrias disolventes (aceites pinturas, etc.). por sus cualidades El kerosene (vulgarmente conocido como “parafina” en nuestro país) para el calentamiento domestico (cocinas, estufas, etc.), para iluminación y también como combustible de motores industriales pequeños, tractores, etc. El petróleo diesel, usado extensamente como combustible en motores pesados o motores marinos (motores diesel), aun cuando desde hace años se han desarrollado motores livianos para vehículos que lo emplean exitosamente.
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El petróleo combustible o fuel oil, usado extensamente como medio de calefacción industrial de hornos de todos los tipos, generadores de vapor (calderas), etc., para lo cual, presenta grandes ventajas sobre los combustibles sólidos por su facilidad de manejo y control. Como subproductos semisolidos, ciertos petróleos crudos dejan como residuos de su refinación: impermeabilizantes de materiales para techos, aditivos de caucho, pinturas y fabricación de briquetas, etc. además, en algunos procesos de refinación (cracking), queda como residuo el coke de petróleo, constituido por carbono prácticamente puro, que sirve para la fabricación de negro de humo, electrodos y otros usos. Según el sistema de trabajo empleado y el tipo de crudo procesado es posible lograr diversas cualidades en cada uno de los derivados indicados, que se ajusten a la demanda y necesidades variables del mercado, para lo cual las refinerías se diseñan de manera que permitan una gran flexibilidad en su operación. En algunas refinerías de petróleo que trabajan con otros sistemas y tipos de petróleo crudo, es posible obtener casi la totalidad de los productos anteriores, los valiosísimos aceites lubricantes, cuya elaboración constituye una de las fases más importantes de la industria petrolera mundial y cuyo empleo es indispensable en toda clase de máquinas y motores. También es posible elaborar, en algunos casos, diversos tipos de ceras o parafinas sólidas para la fabricación de velas, pastas para el calzado y el piso, etc., o semisólidas (vaselinas) para empleos medicinales y en la industria de cosméticos.
El petróleo es documentos conocido desde la antigüedad, existiendo referencias dispersas en antiguos en que hacen remontar su conocimiento a mas de 5000 años. Especialmente se le menciona en diversos pasajes del antiguo testamento y en las obras de Plinio, Herodoto y otros. Eran famosos en la antigüedad los “fuegos eternos” de los templos existentes en la región de Bakú y Ecbatana, alimentados indudablemente con el petróleo surgente en dichas regiones, por la secta de los admiradores del fuego (que mantuvo templos en esa región hasta a mediados del siglo pasado). Del mismo origen eran los Fuegos Sagrados de roma, alimentado por petróleo sacado en Sicilia. El “Fuego Griego” usado por los romanos para incendiar naves de guerra enemigas tenia muy probablemente como constituyente básico el petróleo, explicándose así el hecho bien conocido que ardía sobre el agua, con la que era imposible apagarlas. Los depósitos de asfalto natural del Mar Muerto proporcionaron a los egipcios un para material muy empleado para embalsamar, a la yvez un aglomerante construcción, pegar mosaicos, recubrir botes en que general como impermeabilizante. El petróleo surgente de la región oriental de Europa y en ciertas regiones de Norteamérica se uso como bálsamo medicinal y para el alumbrado; mezclado con sebo se utilizaba como grasa en los ejes de carreta, existiendo tal demanda de esta ultima, que se escabaron pozos de hasta 30 metros de profundidad a mano. En Italia se usaron para el alumbrado publico en Génova, Parma y otras ciudades hasta hace unos 150 años.
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En Sudamérica las manifestaciones surgentes de petróleo llamaron la atención de los conquistadores españoles, existiendo numerosas referencias en los autores de la época; al parecer se uso solo como impermeabilizante. En México y EE.UU. el asfalto natural fue usado por los indios como aglomerantes en construcciones y fijador de mosaicos, etc. para cubrir la demanda. A mediados del siglo XVIII había ya una producción considerable en Burma, en tanto que ya en 1800, Rusia producía en Bakú mas de 4000 toneladas anuales. El descubrimiento de pozos petroleros en EE.UU. se remonta mas o menos a esa fecha. Es de notar que estos fueron accidentales, pues solo se pretendía sacar agua, considerándose el petróleo como un material molesto y sin valor comercial. Este mismo punto de vista lo compartían los fabricantes de sal, que empleaban como materia prima la salmuera surgiente de algunos pozos especialmente excavados para conseguirla, sin embargo, uno de ellos tuvo la visión necesaria para envasar el petróleo y venderlo como bálsamo medicinal y para el alumbrado por el año 1825. Solamente unos 30 años mas tarde se perforó el primer pozo artificial en Pennsylvania, a una profundidad de solo 22 metros, produciéndose poco más de 3 metros cúbicos diarios (pozo de Drake). Por entonces ya eran conocidas las valiosas propiedades de los productos obtenidos en la destilación del petróleo, siendo el kerosene el mas apreciado por sus aplicaciones a la iluminación y calefacción. La primera planta americana de destilación fraccionada se instaló pocos años más tarde y sus efectos fueron revolucionarios. En efecto, las velas de esperma, las lamparas alimentadas con aceite de ballena y las casas iluminadas por gas de carbón eran accesibles sólo a la población ciudadana; pero en los distritos rurales no se contaba prácticamente con otra luz que la natural. Un iluminante barato (Kerosene) proporcionó la luz necesaria para que los campesinos pudieran leer y estudiar cómodamente en las noches. La lampara de Kerosene merece pues
el nombre que se le ha dado de antorcha de la civilización , iluminando las casas de hasta la distante china. Simultáneamente con el desarrollo americano mencionado, se llevan a cabo las primeras perforaciones con métodos modernos modernos en Europa y se establecían las primeras refinerías. Desde entonces la actividad petrolera se extendió por todo el mundo, produciendo hondas transformaciones económicas, políticas y sociales en menos de cien años. Las primeras refinerías usaban alambiques para la destilación del petróleo y separación de sus derivados. Estos eran recipientes cilíndricos de fierro que se cargaban con petróleo crudo y se calentaban por medio de hogeras. Los productos de la destilación se condensaban en aparatos adecuados, recogiéndose sucesivamente la gasolina, luego el kerosene y finalmente los productos mas pesados (diesel y fuel oil). Quedaban finalmente en el aparato los residuos: brea (asfalto) o coke(si se calentaba a sequedad). Había entonces que descargar el aparato para volver a llenarlo en una nueva operación. Hace 75 años aproximadamente con la invención del alambique tubular se generalizó el uso de sistemas de destilación continuos con todas sus ventajas, a la vez que se mejoraba el equipo de fraccionamiento adaptándolo a las nuevas condiciones de operación, con la invención de la torre de burbujeo. La creciente demanda de la gasolina producida por la difusión del automóvil desde la primera guerra mundial originó los procesos de cracking (descubiertos accidentalmente en 1861) que no se generalizaron sino hasta 1920. En síntesis, el cracking térmico consiste en la destrucción de los compuestos más complejos del petróleo por la aplicación de una fuente de
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temperatura y la elevada presión con el objeto de producir mayor cantidad de gasolina. Dos modalidades del cracking térmico son los procesos de “ruptura de viscosidad” (viscosity breaking), y de “reformación térmica”. En el primero solo se produce una descomposición suave que tiene por principal objeto disminuir la resistencia al escurrimiento del producto, produciéndose muy poca gasolina. El segundo proceso es también un proceso de cracking que se aplica a la nafta, con el objeto de mejorar sus cualidades como carburante en los motores de vehículos transformándola en gasolina. Los últimos 70 años han sido testigos de una serie de procesos nacidos para llenar las crecientes exigencias de la industria en general, y de la automovilística particularmente. Entre ellos mencionaremos: el cracking catalítico para producir carburantes de mejor calidad, la polimerización para eliminar el exceso de gas de las refinerías, los procesos de extracción con solventes, para separar ciertos compuestos que perjudican las propiedades de los lubricantes, y la reformación catalítica que permite obtener gasolinas de muy alto “octanaje”, como lo requieren los motores de aviación.
A
comienzos de 1943, el Supremo Gobierno encomendó a la corporación de fomento de la producción, la realización de las exploraciones petrolíferas en la provincia de
Magallanes. Ellas culminaron con el descubrimiento del primer yacimiento Producción Petrolera en el Estrecho de comercialmente explotable Magallanes, Gentileza de ENAP en Chile, el 29 de diciembre de 1945, en la Isla Grande de Tierra del Fuego, en el sector de Springhill. Oleoductos Gasoductos Poliductos Gasolinoductos Posesion Daniel Planta Topping GREGORIO
Dungeness Manantiales Chañarcillo
Victoria
Sombrero Cullen
Puerto Percy Cabo Negro
Porvenir
Región de Magallanes, Gentileza de ENAP
Tres Lagos
Así se hizo necesaria la creación de la EMPRESA NACIONAL DEL PETRÓLEO (ENAP) el 19 de junio de 1950, que asumió los derechos y funciones que corresponden al Estado en la explotación de los yacimientos de hidrocarburos ya existentes, en la búsqueda de otros nuevos y en la refinación y venta primaria de los productos del petróleo. ENAP inició un sinnúmero de actividades indispensables para el
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desarrollo de sus trabajos: construyó puertos de embarque de petróleo crudo y movimiento de materiales, habilitó los caminos necesarios y tendió oleoductos y gasoductos. En diversas zonas de la Isla Grande de Tierra del Fuego levantó poblaciones confortables, como el Sombrero y Cullen, creó en todo el país una infraestructura para la distribución primaria de los combustibles, representada por terminales de almacenamiento y distribución, unidos por oleoductos y sistemas de abastecimientos de gas licuado. Magallanes se abastece de productos limpios en las plantas de Gregorio y Cabo Negro. En esta última se embarca, a la zona del centro, la mayor parte del gas licuado que necesita Chile para su consumo. Cumpliendo programas ministeriales del Supremo Gobierno, se organiza a Enap como un holding en 1981, mediante la creación de empresas filiales tales como: Refinería de Petróleo Concón S.A.; PETROX S.A. Refinería de Petróleo y la Empresa Almacenadora de Combustibles Ltda. EMALCO. La planta de la Refinería de Petróleo Concón fue inaugurada el 21 de Noviembre de 1955, ocupando el sector de proceso y almacenamiento una superficie de 210 Hectáreas. Laboran en ella alrededor de 600 personas y posee una capacidad primaria de refinación de 10.500 m3 /día, equivalente a 3.700.000. 3 m /anuales /anuales.. Para la recepción del crudo y descarga de gas cuenta con el Terminal marítimo de
Antofagasta
Quintero, ubicado a 21 Km. al Norte de la refinería y que dispone de un fondeadero para descarga de gas licuado para gaseros y de una monoboya para descarga de petroleros de hasta 200.000 tons. Administra además el terminal de Vinapu, ubicado en la Isla de Pascua, con una superficie de 8 Hectáreas y una capacidad de almacenamiento de 4.800 m3 que asegura su abastecimiento de combustible.
Terminal uintero
RPC Concón
La planta de PETROX S.A. fue inaugurada en 1967. Se encuentra ubicada en camino a Lenga, a 11 Km. de Concepción. El sector de procesos y almacenamiento ocupa una superficie de 215 Hectáreas. Laboran en ella alrededor de 600 personas y tiene una capacidad primaria de refinación
Las Salinas
Planta Maipú Planta San Fernando Planta Linares
PETROX Concepción
Oleoducto Transandino
Poliducto ENAP Poliducto SONACOL Refinación y Distribución, Gentileza de ENAP
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de 12.000 m3 /día, equivalente equivalente a 4.200.000 m3 /anuales. El terminal San Vicente, conectado por un sistema de oleoductos de 7 Kms. con la refinería, cuenta con fondeaderos: uno para descargar crudo y embarcar petróleos combustibles con capacidad para naves de hasta 70.000 tons. y otro para recibir o embarcar gas licuado y productos limpios, con capacidad para naves de 30.000 toneladas. La planta de Etileno, materia prima fundamental para la industria petroquímica, fue inaugurada en Octubre de 1970 y tiene una capacidad de producción de 60.000 toneladas métricas de Etileno al año. La Empresa Almacenadora de Combustibles Ltda. EMALCO, es una empresa, fundamentalmente de servicios, destinada a almacenar hidrocarburos en depósitos y terminales propios, arrendados o pertenecientes a terceros. Cuenta con las siguientes plantas: Planta Antofagasta, inaugurada en 1968. Se encuentra en la Chimba y a 10 Km., de Antofagasta, ocupando una superficie de 19 hectáreas. Abastece de gas licuado a la zona norte del país. Recepciona barcos gaseros provenientes de Magallanes y envasa el gas en balones para lo que dispone de una planta automática de envasado. Tiene un fondeadero en Caleta la Chimba y un oleoducto de 2 Km. lo conecta al terminal. Planta Maipú, construida en 1970. Ubicada en la comuna de Maipú a 18 Km. de Santiago. Abastece a la comuna de Santiago y tiene una capacidad para almacenar productos limpios y gas licuado. Estos los recibe por oleoductos que vienen desde Concepción y Concón. Planta San Fernando, construida en 1967. Ubicada en el barrio industrial
de San Fernando a 4 Km. al Este de la plaza. Ocupa una superficie de 51 hectáreas. Abastece a las provincias de O’Higgins, Colchagua y Curicó y tiene una capacidad para almacenar productos limpios y gas licuado a presión en tanques refrigerados. Cuenta además con una planta automáticas envasadora. Recibe los productos del oleoducto que viene de Concepción y su estación de bombas los impulsa a Maipú. Planta Linares, que fue construida en 1968. Se encuentra ubicada en el fundo San Gabriel, a 11 Km. al sur de Linares ocupando 25 hectáreas. Abastece las provincias de Talca, Linares y Maule; y tiene capacidad para almacenar los productos limpios y gas licuado. Así la Empresa Nacional del Petróleo, continúa en la senda del progreso que trazaran sus pioneros, constituyéndose en uno de los pilares del desarrollo industrial de Chile.
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El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, los cuales son compuestos químicos naturales constituidos, esencialmente, por átomos de carbono e hidrogeno. Los hidrocarburos, a temperatura y presión normales, se pueden presentar en forma liquida (petróleo, en la aceptación común), sólida (bitumen, asfalto, cera), o gaseosa (gas natural), según sea la complejidad de
Origen del Petróleo, Gentileza de ENAP
sus moléculas. Los hombres de ciencia se inclinan, en su mayoría, por asignarle un origen orgánico. Se supone que provendría de la descomposición y transformación de restos de animales y plantas, principalmente animales microscópicos y vegetales marinos, que existieron hace millones de años, en anteriores edades geológicas.
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Al morir los organismos antes mencionados sus restos se habrían depositado en el fondo del mar, en ambientes sin oxigeno, donde fueron sepultados por el fango y el limo que los ríos llevan al mar. Los restos orgánicos enterrados bajo los sedimentos sufrieron posteriormente los efectos de la mayor presión y temperatura y la acción de bacterias anaeróbicas, produciéndose su descomposición gradual hasta quedar transformados en hidrocarburos.
El petróleo no se encuentra en lagos subterráneos, sino que esta encerrado, comúnmente, en los intersticios que hay entre los granos de arena que forman las rocas denominadas “areniscas”, las cuales pueden ser de origen marino, fluvial, glaciar o lacustre. Cuando estas areniscas son “petrolíferas”, el petróleo se encuentra ocupando los poros de ella al igual que el agua en una esponja. También es posible encontrar petróleo en otras rocas sedimentarias como calizas y dolomitas, en grietas y oquedades. Se considera que, después de su formación, el petróleo fue expulsado, por el peso de los sedimentos que se habían depositado encima de las rocas de grano fino (arcillas y limos) en que se había formado, hacia una roca más porosa, de grano más grueso, en los poros de la cual pudo acumularse. Este desplazamiento del petróleo desde su roca de origen hasta la roca en que ahora la encontramos se denomina “migración del petróleo”. La roca en la cual la encontramos se denomina “roca contenedora” o “reservorio”. La roca en que suponemos que se formó se denomina “roca madre”.
Formación del Petróleo, Gentileza de ENAP
Las deformaciones sufridas por las rocas durante los intensos movimientos orogénicos ocurridos en el pasado geológico, han producido en algunos casos condiciones estructurales o estratigráficas más favorables para la acumulación de un mayor volumen de petróleo dentro de la roca contenedora. Se dice, entonces, que se formó una “trampa”, estructural o
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estratigráfica, que dio origen a un yacimiento o acumulación comercial de hidrocarburos. Dentro del yacimiento, como consecuencia de sus diferentes pesos específicos, vamos a encontrar el petróleo acumulado sobre el agua salada, que siempre lo acompaña, y por debajo del gas natural, que ocupará la parte superior de la trampa.
Las reservas petrolíferas se encuentran bajo la superficie terrestre a cientos o miles de metros de profundidad y el único método seguro para ubicarlas son los de sondaje exploratorios. Sin embargo, antes se procura encontrar el área mas propicia aplicando los siguientes métodos:
Ella tiene por objeto detectar las áreas mas propicias para realizar, posteriormente, reconocimientos más profundos. El geólogo, observa y examina
Exploración Geológica, Gentileza de ENAP
las capas de la corteza terrestre que se ven en la superficie, los tipos de roca que afloran y sus características de dureza, porosidad, contenido orgánico, edad y condiciones estructurales.
Se basa en que las rocas que constituyen la corteza terrestre poseen diversas propiedades físicas. Dichas propiedades son: la elasticidad, que afecta la propagación de las ondas sísmicas; el magnetismo, que se relaciona directamente con la composición de rocas y la densidad que origina variaciones en el valor de la gravedad, las cuales permiten calcular la constitución y la profundidad de las rocas del subsuelo.
Consiste en estudiar la estructura del subsuelo mediante la medición el tiempo de transito de las ondas acústicas generadas por una explosión en la superficie (sismo artificial). Para ello colocan cargas explosivas en pozos poco profundos perforados especialmente. Luego, se insertan en el suelo, detectores (geófonos) conectados a un camión registrador con instrumentos. Con la explosión, las ondas se desplazan al interior de la tierra reflejándose en las capas que se encuentran a su paso y regresando luego a la superficie donde son captadas por los geófonos. Calculando el tiempo de ida y regreso de las ondas se llega a tener finalmente un perfil preciso del subsuelo con las
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profundidades de las diversas capas y en base de ello se dibuja, por último, un perfil estructural. El usoVIBROSEIS, de explosivos ido declinando actualmente siendo sustituido por el método quehaconsiste en golpear el suelo mediante cañones de aire comprimido, siendo este un método más preciso, sensible y menos riesgosos que las explosiones. En nuestro país (Chile) se usa también el
Exploración Sísmica, Gentileza de ENAP
cordón detonante que se coloca en una sanja abierta con un arado y que ha dado buenos resultados en áreas difíciles de terreno. La sísmica marina es básicamente igual a la terrestre. Barcos geofísicos arrastran a poca profundidad el aparato productor de explosiones y los hidrofonos (geófonos) que recibirán las ondas reflejadas. El reconocimiento marino es más rápido y su calidad de información es mejor que el terrestre.
En este sistema se miden las variaciones de la fuerza de gravedad en distintos lugares con un otras gravimetro, aparato similar aldel dinamómetro. Esta información complementa para calcular la naturaleza subsuelo.
Exploración Gravimétrica, Gentileza de ENAP
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Exploración Magnética, Gentileza de ENAP
Usando un magnetómetro se miden las fluctuaciones del campo magnético terrestre y se puede reconocer, indirectamente, la presencia de rocas sedimentarias indicadoras, generalmente, de la posible presencia de hidrocarburos.
La perforación rotatoria (Fig. 1) es, hoy en día, la más usada en pozos petroleros. Este método emplea tubos cilíndricos de acero (“barras de perforación”) acoplados a un tambor o mesa rotatoria, mediante la cual se les imprime una rápida rotación. La sarta de tubos, en su extremo inferior, se conecta a una broca (trépano) con elementos cortantes de diversos tamaños según el tipo de roca a perforar fabricados de acero endurecido o con incrustaciones de diamantes.
El materialcon molido por(barro el trépano se extrae por presión de agua mezclada arcilla de perforación), la circulación cual ayuda,a además, a sostener las paredes del pozo, manteniéndolo lleno de barro. El empleo de coronas saca-testigos permite extraer durante la perforación una muestra del material del fondo, la cual penetra automáticamente en la barra de perforación y se recupera en la superficie para su análisis.
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Gancho
Torre
Cabeza de Inyección
Motores
Barra de Perforación
Huinche Bomba de Inyección
Mesa Rotativa
Válvula de Seguridad Tubo de Perforación
Fig. 1: Perforación con Equipo Rotatorio
Gentileza de ENAP
El aspecto del petróleo crudo varía desde un líquido movible de color ligeramente amarillo hasta un producto viscoso, a veces semisólido, de color negro. Lo constituyen principalmente muchos hidrocarburos gaseosos y líquidos, con hidrocarburos sólidos en disolución o dispersos. Los componentes gaseosos (gas natural) pueden presentarse asociados con el petróleo crudo y extraerse con él, o encontrarse algo distantes en pozos secos. De forma semejante, los compuestos sólidos pueden encontrarse independientemente del petróleo crudo del que derivan. El petróleo crudo está constituido principalmente por hidrocarburos, con pequeñas cantidades (alrededor del 5 %) de derivados que contienen oxígeno, nitrógeno y/o azufre, con trazas de constituyentes metálicos tales como níquel, vanadio y hierro, que pueden ser sales naturales del terreno circundante o sales de los ácidos contenidos en el petróleo y solubles en él. Frecuentemente se encuentra presente el agua, emulsionada con el crudo, a veces hasta en un 30 %, llevando en disolución, hasta saturación, cloruros de sodio y magnesio y sulfatos de calcio y magnesio. En algunos casos se encuentran ioduros y bromuros junto con compuestos albuminoideos.
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El gas natural consta, generalmente, de unapropano porción y importante de hidrocarburos parafínicos ligeros, metano, etano, butano, con proporciones variables de hidrocarburos parafínicos de punto de ebullición más elevado, nitrógeno, dióxido de carbono y sulfuro de hidrógeno. Las proporciones en que se presentan los diferentes tipos de hidrocarburos y la relación entre los distintos miembros, dentro de cada serie, varían ampliamente para los distintos crudos. Estas variaciones determinan las operaciones físicas: destilación, extracción con disolventes y desparafinado, a que se somete el crudo para su refino. Por otra parte, los derivados oxigenados y sulfurados son los que determinan el refino químico necesario para su separación.
a) según Normalmente se clasifican los hidrocarburos del pertenezcan a. uno petróleo de los cuatro tipos: parafinas, no saturados, naftenos (cicloparafinas) y aromáticos. Sin embargo, solamente en las fracciones más ligeras los hidrocarburos pertenecen totalmente a cualesquiera de estos grupos. Los hidrocarburos de peso molecular más elevado son generalmente complicados y constan de radicales de dos o más grupos, tales como naftenos o aromáticos con cadenas laterales parafínicas. Excepto en casos verdaderamente extraños los hidrocarburos no saturados no se presentan en el petróleo crudo. Dichos productos se forman durante las operaciones de “cracking” por rotura de moléculas saturadas. b) . Son hidrocarburos saturados en los que los átomos de carbono forman cadenas, frecuentemente ramificadas, y cuya forma general es CnH2n+2. Los nombres de cada miembro de la serie terminan en
“ano”; por ej.: metano, etano y propano. A partir del butano son posibles dos o más hidrocarburos parafínicos con el mismo número de átomos de carbono o hidrógeno. Por ejemplo: H
H
H
H
H – C – C – C – C – H , butano normal o norbutano H
H
H
H y
H H
H–C–H
H
H–C
C
C – H , isobutano
H
H
H
Al aumentar el peso molecular, el número de isómeros posibles crece rápidamente. Así para el octano, hay dieciocho y para el hexadecano, 10.359. Las parafinas con cadena recta se denominan normales y las ramificadas, cuando contienen un átomo de carbono conectado a otros tres, es decir, un átomo de carbono terciario, se llaman isoparafinas. A las que
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contienen un átomo de carbono cuaternario, es decir, unidos a otros cuatro átomos de carbono, se les antepone a veces el prefijo “neo”. Es obvio que no se puede dar un nombre específico a cada uno de los posibles isómeros, de forma que es normal basar la nomenclatura en la cadena carbonada normal más larga presente en la molécula. En este sistema, el isobutano se denominará 2-metil-propano. De forma semejante una parafina con esta estructura: H H
H
H
H–C–C–C H
H
H
H
H
C
C
H–C–HH
H–C–H C H
H C–H H
H–C–H H se denominará 2-metil 4-etil heptano. De la serie parafínica normal los miembros que contienen menos de cuatro átomos de carbono son gaseosos, mientras que los que contienen más de 20 son sólidos (forman la cara parafínica). Las parafinas normales intermedias son líquidas. En general, las isoparafinas tienen punto de ebullición más bajo que las parafinas normales del mismo peso molecular. En presencia de agua, los hidrocarburos parafínicos gaseosos a presión forman hidratos sólidos, cuyos puntos de fusión van desde 1 a 15,5 ºC, lo que presenta serias
dificultades en el transporte y la destilación. c) . Los naftenos o cicloparafinas, son hidrocarburos saturados con fórmula general CnH2n, en los que los átomos de carbono están unidos formando anillos en lugar de cadenas, como en el caso de las parafinas. En las fracciones de bajo punto de ebullición se encuentran derivados del pentano y el hexano: H H C H H H H
C
C
C
C
H
H H H H
pentano
H C
H H H H
C
C
C
C
H H H H
C H
H hexano
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Como del en número el caso ydeposición las parafinas, pueden existir muchos isómeros, dependiendo de los grupos parafínicos y del número de átomos de carbono en el grupo nafténico. Las fracciones de petróleo de más elevado punto de ebullición, especialmente los aceites lubricantes desparafinados, están compuestas, en gran parte, de moléculas complejas de hasta cuatro o cinco anillos nafténicos que contienen distintas cadenas laterales parafínicas. d) . Estos hidrocarburos son no saturados en el sentido de que pueden formar derivados por adición de otros átomos; todos ellos son de estructura cíclica. El más sencillo es el benceno, C 6H6, cuya reactividad permite la substitución de sus átomos de hidrógeno por radicales, por lo que en los miembros superiores de la serie son posibles muchos isómeros. Así, los orto, meta y paraxilenos y el etilbenceno son todos isómeros: CH3 C
CH2 – CH3 C
HC
C – CH3
HC
CH
HC
CH
HC
CH
C H o-xileno
C H etil-benceno
Los hidrocarburos aromáticos forman fácilmente sistemas de anillos
condensados, tales como: El nafteno H C
y el antraceno
H C
H C
H C
H C
HC
C
CH
HC
C
C
CH
HC
C
CH
HC
C
C
CH
C H
C H
C H
C H
C H
En el petróleo los productos aromáticos de más bajo punto de ebullición se presentan en proporciones relativamente pequeñas, excepto en algunos crudos, sin embargo, los derivados alquilados del nafteno son mucho más abundantes. En muchos procesos de craking se forma naftaleno, antraceno y sus derivados. La nomenclatura de los hidrocarburos aromáticos se basa sobre la de cada compuesto cíclico de que derivan, por ejemplo, isopropilbenceno y metil naftaleno. e) . Estos hidrocarburos sólo excepcionalmente se encuentran en el petróleo crudo, pero se producen en la pirólisis a altas temperaturas de otros hidrocarburos, principalmente de las parafinas o de las cadenas laterales parafínicas de los sistemas de anillos complejos. Pueden considerarse como parafinas o naftenos en los que un enlace sencillo que
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conecta dos átomos de carbono adyacente se reemplaza por un doble enlace. Las que derivan de las e emientras con eldenombre deparafinas eolefinas -olefinas, respectivamente, que se lasconocen que derivan las parafinas (naftenos) se denominan -olefinas. En una cadena carbonada larga, el doble enlace puede situarse en numerosas posiciones, y, por tanto, la posibilidad de isómeros es mucho mayor que en las parafinas. Así, hay 93.650 posibles isómeros del hexadeceno, en comparación con los 10.359 hexadecanos posibles. En las olefinas existe, además, otro tipo de isomerización (isomerización geométrica), que depende de la disposición en el espacio de los grupos adyacentes al doble enlace. CH3 H Así, tenemos el C C -buteno-2 H CH3 y el
CH3 C H
C
CH3 H
-buteno-2
Además de los compuestos con un doble enlace existen compuestos con dos dobles enlaces tales como el butadieno (CH2 = CH – CH = CH 2), y compuestos con un triple enlace, como el acetileno (CH = CH). Las mono-olefinas llevan un nombre que corresponde al de la parafina de la que derivan, pero terminado en “eno” en lugar de en “ano”. Dos sistemas de etimología permiten, por ejemplo, usar el nombre de etileno o eteno para el CH 2 = CH2. La posición del doble enlace se indica normalmente por un número que se coloca detrás del nombre, así: CH3 – CH = CH – CH3 se denomina buteno-2, es decir que el doble enlace está en la segunda posición; o por letras griegas α,
β, etc.
y
Por ejemplo: CH3 – CH2 – CH = CH2 se llama α-buteno o buteno-1 CH2 = CH – CH = CH 2 se llama butadieno-1, 3.
Las diolefinas en las que los dos dobles enlaces están separados por un enlace sencillo se llaman “conjugadas”. Los nombres que se aplican a los hidrocarburos acetilénicos (los que tienen un enlace triple) terminan en “ino” o, menos frecuentemente en “in”. Así, el CH3 – CH2 – C = CH se denomina butino1 (o butín-1).
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Un pozo, que ha sido perforado y entubado hasta llegar a la zona de petróleo, está listo para empezar a producir. Si la presión natural del gas es alta, el petróleo es impulsado velozmente desde el fondo y sube por la tubería. Sin embargo, en yacimientos con mucha presión deben tomarse varias medidas antes de que el pozo sea puesto en producción, como bajar hasta el fondo una tubería de producción de diámetro relativamente pequeño (5 a 10 centímetros) para poder controlar la salida de petróleo y gas. Con el objeto de poder regular sin perdida la salida del petróleo, de la boca de los pozos, se ha ideado un sistema de válvulas denominado “árbol de pascua”. (Fig. 2). Desde el pozo, por medio de cañerías, se transporta el petróleo a aparatos especiales donde se separa de él, el gas y el agua. Desde los separadores unas cañerías (gasoductos) conducen el gas a diferentes sitios para su empleo como combustible o para tratamiento posterior, y otras cañerías (oleoductos) conducen el
petróleo a los estanques de Fig. 2
almacenamiento desde donde se enviará a su destino.
De vez en cuando, las aguas subterráneas contribuyen a expulsar el petróleo hacia la superficie, pero es común que la presión para empujar el petróleo hacia fuera disminuya gradualmente y la producción puede bajar hasta el extremo de que el pozo no produzca más por sí solo. En estos casos, se ayuda a surgir al petróleo por medio de bombas o inyección de gas, o de agua dentro del yacimiento. Gentileza ENAP
Llega el momento de desplazar el petróleo crudo a las refinerías. El principal medio para llevarlo es a través de oleoductos, los que generalmente son cañerías de 15 a 100 centímetros de diámetro y pueden alcanzar cientos de kilómetros de longitud. A lo largo de ellos existen estaciones de bombas (Fig. 3) que impulsan el petróleo hasta las refinerías o depósitos.
Fi . 3 Gentileza ENAP
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Nocentros solamente el petróleo es transportado de esta a los grandes de consumo, puescrudo la gasolina de las refinerías y elforma gas natural producido en los campos petrolíferos es trasladado de similar modo.
Cuando se menciona la refinación en la industria del petróleo, es necesario describir una serie de procesos, cada uno de ellos de gran complejidad, producto del avance tecnológico. Es posible plantear con absoluta certeza donde empieza, pero su desarrollo posterior se confunde con la industria petroquímica y es difícil establecer el límite de ambos, más aún cuando los procesos dependen uno del otro. Entre los procesos que se desarrollan en una refinería se destacan:
Destilación o topping. Destilación atmosférica al vacío. Reformación catalítica. Cracking térmico. Alquilación. Recuperación de livianos.
Siendo los anteriores los más importantes, no pueden dejarse de mencionar otros procesos tales como, isomerización, polimerización, hidrogenación, etc.(13). Pero por lo extenso del tema sólo se darán a conocer los anteriores.
La operación primaria de destilación del crudo es el proceso más antiguo de todos los empleados en la refinación siendo a la vez el más simple y conocido. Como el petróleo crudo es una mezcla de diferentes tipos de hidrocarburos, los más livianos son los más volátiles, por lo tanto tienen mas bajo punto de ebullición. Esta es la razón por la cual los hidrocarburos que componen la gasolina hierven a menos temperatura que el kerosene. Estas son las diferencias que facilitan la selección de los diferentes cortes o fracciones. Básicamente, el proceso de destilación atmosférica cuenta con el siguiente equipo básico: Un sistema que proporcione calor necesario para la vaporización del líquido sometido a la destilación, consistente en intercambiadores de calor y hornos. El equipo de funcionamiento principal, tales como torres de plato o relleno, rectificadores, condensadores y enfriadores. El equipo auxiliar de bombas, estanques, líneas de flujo y la instrumentación necesaria. El proceso de destilación atmosférica, consiste en alimentar una cantidad de crudo en forma continua pasando por una serie de intercambiadores de calor (13)
Véase The Institute of Petroleum, “Moderna Tecnología del Petróleo”, Editorial Reverté S.A., 1963.
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y luego por un horno donde alcanza una temperatura que asegura que un 65 a 75% se que se encuentra en una estado de vapor, además En esta temperatura no debe del ser flujo tan alta produzca ruptura de moléculas. estas condiciones entra a una torre para su fraccionamiento. La torre consta de un depósito compuesto de una serie de platos llamados platos de burbujeo, el número de platos varía según la cantidad de fracciones que se quiera obtener y la calidad de los productos finales. Esta torre se divide en dos partes: una zona de rectificación o zona inferior y otra de fraccionamiento o zona superior. El flujo de alimentación se efectúa por debajo del último plato de la sección fraccionadora. El líquido baja por los platos inferiores en la zona de rectificación y recibe la acción del vapor recalentado (vapor de agua) que entra por el fondo, para eliminar así los compuestos livianos que pueda llevar. la torre trabaja, con una temperatura más baja en el tope que en el fondo, Como los vapores que ascienden se comienzan a condensar, llegando al tope los hidrocarburos más livianos. Los vapores pasan a través de los platos por medio de orificios y toman contacto con el líquido que hay en cada uno de ellos. Una condensación y redestilación progresiva, ocurre en cada plato o bandeja. La gasolina
sale por el tope en forma de vapor para nafta sale luego mas condensarse. abajo paraLa pasar posteriormente a una planta de solventes o bien a una planta de Fig. 4 Gentileza ENAP reformación catalítica. En un nivel inferior sale el kerosene, el cual puede ser usado como kerosene domestico o de aviación según sean las propiedades del producto. Luego sale el diesel para ser utilizado como combustible de vehículos pesados. También es posible sacar, mas abajo, un producto llamado gas oil virgen, como producto para la planta de cracking catalítico. Por último sale el crudo reducido que va a una planta de destilación al vacío. La gasolina, el kerosene y el diesel se hacen pasar por rectificadores. Que son torres mas pequeñas que en contacto con vapor recalentado eliminan los hidrocarburos más livianos, (Fig. 4).
Los factores fundamentales que rigen los diversos procesos de destilación son la temperatura y la presión. Entre los líquidos de diversos tipos que se someten a los procesos de destilación en las refinerías se encuentran algunos que no pueden vaporizarse a presión atmosférica sin descomponerse, por las altas temperaturas que sería necesario utilizar. En este caso, los productos deben ser destilados a presión reducida (baja presión), o bien, en contacto con otro líquido (destilación por arrastre de vapor).
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En el caso caso específico del petróleo crudo hay un límite en la temperatura que es de posible alcanzar (350ºC). Si se sobrepasa límiteque se produce una ruptura las moléculas y la consiguiente formacióneste de coke es altamente perjudicial en los sistemas de calentamiento. El crudo reducido es una mezcla de hidrocarburos pesados, producto que no pueda ser destilado en la planta de topping y se envía a una planta de destilación al vacío de donde se obtienen productos para alimentar la planta de cracking catalítico. Existen dos procesos en la destilación al vacío, uno con la ayuda de vapor de agua y otro en seco. El primero ofrece la ventaja de utilizar un equipo pequeño, pero también tiene la desventaja de ser más caro, ya que es necesario trabajar a presión absoluta inferior a 10 mm. Hg. y esto hace que aumenten los costos de operación. El vacío método corriente para producir consiste en emplear un condensador barométrico y eyectores de vapor. El vapor de agua y los gases pasan al condensador barométrico y a medida que se condensan, se contrae considerablemente su volumen produciendo el vacío. La presión más baja que se puede obtener económicamente en el condensador barométrico es de 16mm. Hg.
El crudo reducido que entra a la torre hace a 350ºC. Por de el tope salenlolos gases y vapor Fig. 5 Gentileza ENAP agua. Más abajo sale gas oil liviano y luego gas oil pesado y por el fondo el pitch, que es una mezcla de hidrocarburos pesados, el cual puede ser utilizado como asfalto, o bien, agregándole algún producto liviano, para ser usado como combustible. El gas oil liviano y pesado van a una planta de cracking catalítico. (Fig. 5).
El objetivo de este proceso es convertir la nafta enviada de topping, que posee bajo octanaje en gasolina de alto octanaje. Este octanaje depende de la producción de hidrocarburos aromáticos a partir de la carga que contiene compuestos nafténicos y parafínicos. Las principales reacciones que se producen son:
Deshidrogenación de anillos de naftenos de 6 átomos de carbono o aromáticos. Deshidroisomerización de naftenos de 5 átomos de carbono. Deshidrociclización de parafinas.
El proceso comienza cuando la nafta entra en una torre absorbedora en contracorriente con gas que se recicla de un proceso posterior, luego se lleva a un horno desulfurizador. La carga a la salida del horno se junta con gas que
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viene desde un separador y que es rico en hidrógeno. Esta carga entra al reactor pasando porsulfhídrico, un lecho de catalizador (cobalto-molibdeno) transformando el azufre en ácido toda esta corriente pasa a un “desulfurizador” y por el tope salen gases ricos en hidrocarburos, ácido sulfhídrico, y amoniaco. Esta mezcla de gases compone el efluente que entra en contracorriente con la nafta en el absorbedor. El producto de fondo que contiene gran cantidad de ácido sulfhídrico. Pasa a un rectificador, el cual saca por el fondo el efluente, sin ácido sulfhídrico, que va a un horno donde alcanza una temperatura de 490ºC y junto con una corriente de hidrógeno entra a una serie de tres reactores calentándose previamente, después pasa a un separador de alta presión, aquí se separa el gas del producto líquido. Este líquido pasa a un estabilizador y desde aquí recibe el nombre de reformato. Desde este proceso, es posible obtener hidrógeno para procesos petroquímicos, gases a cracking catalítico y recuperación de livianos, y además ácido sulfhídrico para el sistema de fuel oil. En el reactor de desulfuración, el catalizador de cobalto-molibdeno provoca la reacción de hidrogenización de los compuestos azufrados
para formar ácido sulfhídrico y además sirvenitrogenados para convertir compuestos en amoniaco.
Fig. 6 Gentileza ENAP
Los procesos que se generan en los tres reactores son:
Deshidrogenación (70%) y deshidroisomeración de naftenos. Deshidrogenación (25%) y deshidromerización e hidrocracking de parafinas. Deshidrogenación (5%), hidrocracking de parafinas y deshidrociclización de parafinas. (Fig. 6)
El proceso de cracking o descomposición térmica, se practicó mucho antes que se iniciara la industria del petróleo y fue con la destilación del carbón donde comenzó. Todos los varía petróleos crudos de cualquier sometidos a cracking, lo que son sus productos finales. base pueden ser El cracking es un proceso en el cual las grande moléculas del petróleo son descompuestas en otras más pequeñas, de más bajo punto de ebullición y al mismo tiempo para algunas de estas moléculas, se combinan con otras para formar moléculas aún más grandes que las que se encontraban en el producto original. Las moléculas más estables salen por el tope como gasolina de cracking, las otras que reaccionan forman fuel oil y coke.
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Los productos que se obtienen en este proceso son normalmente tres: gasolina (fuel oil). de alto octanaje, aceite de circulación (diesel) y combustible pesado Existen dos formas de cracking: uno térmico y otro catalítico.
consiste en someter al producto de alimentación a la acción de alta temperaturas, esto se efectúa haciéndolo pasar por una serie de intercambiadores, luego por un horno donde se mezcla con producto de recirculación. El fluido pasa a un evaporador donde los gases que salen por el tope pasan a un fraccionador y el líquido (alquitrán) se junta con el producto de fondo del fraccionador y forman el producto de recirculación. En el fraccionador se elimina el destilado, una parte va hacia almacenamiento y la otra vuelve como reflujo al fraccionador.
es un proceso posterior donde se utilizan catalizadores absorbentes porosos tipoelsílice-alúmina. Hasta el día de hoy no se han dado explicaciones clarasdel sobre mecanismo de cracking catalítico. Se emplean eso sí a lo menos 4 tipos de reactores: 1. 2. 3. 4.
Descomposición térmica. Reacción catalítica primaria en la s superficie uperficie del catalizador. Reacción catalítica secundaria de los productos de 1 y 2. Separación de los productos p polimerizables olimerizables pa para ra evitar reac reacciones ciones posteriores mediante su absorción sobre la superficie del catalizador.
Existen tres procesos diferentes de acuerdo a la forma de usar el catalizador:
Lecho fijo.
Continuo.
Circulante. En el proceso de lecho fijo se emplean una serie de cámaras, unas en servicio y otras en regeneración y limpieza. Se hace pasar el producto a una cierta temperatura por las cámaras de catálisis, donde éste pone en contacto con una sal fundida, para después de un tiempo regenerarse con vapor de agua y a veces aplicando también vacío. El carbón que se forma se quema con una mezcla de aire caliente, vapor de agua y gas de combustión. En el proceso continuo, el catalizador pasa por el horno de cracking en conjunto con elpor fluido a tratar y luego es separado filtros rotatorios.
Gentileza ENAP
Fig. 7
El circulante es el más ampliamente usado; el catalizador se desplaza a través de la zona del aceite provocando una reacción, y luego pasa a una zona de regeneración, donde se queman
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continuamente con aire los depósitos de coke del catalizador. El catalizador se envía a la zona de reacción soplándolo con aire. (Fig. 7).
La alquilación es la unión de una oleofina con un hidrocarburo parafínico o aromático. Existen dos procesos, uno térmico y otro catalítico. Entre los catalizadores más usados están los ácidos fluorhídrico y sulfúrico. El uso de uno u otro proceso, depende de los productos que se empleen, de acuerdo a la disponibilidad de hidrocarburos y por ende de los crudos tratados. En la alquilación térmica se usan etileno, propileno, buteno e isobutileno con isobutano utilizando temperaturas entre 480 y 525ºC y presiones de 200 a 550 Kg/cm2. El proceso consiste básicamente en alimentar una oleofina, hacerla pasar por una torre en contracorriente con isobutano y desde aquí a un horno de conversión a presión, luego a una torre separadora. Por el fondo sale el alquilato y por de el tope la carga antes entrarlos al gases horno. ricos en isobutano pasando a recircularse con La alquilación con ácido sulfúrico se aplica principalmente para tratar mezclas de isobutano y buteno, y consiste en alimentar la oleofina (buteno) a un sistema de enfriamiento para luego hacerla pasar a un reactor, el cual contiene ácido sulfúrico de alta pureza y luego a un separador. Los hidrocarburos van a un lavado cáustico para luego pasar a una torre, donde se elimina el butano y por el fondo sale el alquilato. En esta torre el butano sale con algo de propano el cual se elimina en una siguiente torre y por último se separa el butano e isobutano que vuelve a recircularse en la alimentación. El proceso con ácido fluorhídrico es similar, aunque algo más complicado por los equipos que se utilizan. La diferencia principal está en la carga
alimentada que es isobutano e isobuteno. El alquilato es un producto de alto octanaje, contiene principalmente octanos, nonanos y algunos mas pesados, se utiliza como combustible de
Fig. 8 Gentileza ENAP
aviación. (Fig. 8).
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Las impurezas presentes en el petróleo crudo, así como las que se originan durante la serie de procesos de destilación, descomposición y reconstrucción de hidrocarburos deben ser eliminados de la totalidad de los productos comerciales y de algunos productos intermedios, de manera de no envenenar catalizadores o producir reacciones no deseables en otros procesos. El tratamiento permite mejorar color, estabilidad, corrosividad, etc.. Este puede llevarse a cabo utilizando ácidos o aminas. El ácido sulfúrico, es capaz de separar parcialmente azufre, precipita materiales asfálticos o gomosos, mejora el color, estabilidad y cierto grado de olor. El lavado con aminas o soda provoca el endulzamiento, eliminando mercaptanos, ácido sulfhídrico y azufre elemental. Otras formas de eliminar los productos livianos es mediante la absorción con arcilla, catalizadores, inhibidores, procesos de oxidación, etc. En el sistema de lavados con ácidos o bases, se utilizan métodos de contactos, que consiste en hacer pasar los hidrocarburos livianos en contracorriente con ácido o base en una torre. Lo que interesa es lograr un contacto íntimo entre ambas corrientes de flujo y para ello se utilizan columnas de platos con orificios, columnas de placas deflectoras o bien de relleno.
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Condensador Gas Casquetes o tapas de burbujeo
Separador Gasolinas
Kerosenos
Estanque de crudo
Diesel
Caldera Petróleo Combustible
Asfaltos Petróleo Petr óleo crudo
Gentileza de ENAP
El petróleo crudo llega a la refinería y es almacenado en grandes estanques para regular uniformemente la cantidad que ha de ser tratada, según las posibilidades de las instalaciones y las necesidades del mercado. El principio básico que se emplea en la refinación del petróleo crudo es el de la destilación, es decir, calentar el petróleo en una caldera y hacerlo pasar hirviendo por altas torres, donde la temperatura en las partes superiores se mantiene más baja que en el fondo. Este proceso de refinación es continuo, es decir, el petróleo se bombea permanentemente a la caldera, y los productos son ininterrumpidamente extraídos de las torres. Esto se repite en varias plantas de la refinería, para conseguir los productos requeridos de los crudos de que se dispone. Otras plantas se usan para el tratamiento químico de los productos, para quitarles el color y el olor no deseados y para la producción de aceites lubricantes. Como ya se dijo, los vapores pasan a través de los platos por medio de orificios guarnecidos de cilindros abiertos, cubiertos por “casquetes de burbujeo”, cuya forma es la de una cubeta invertida y cuyos bordes no tocan el piso, obligando a los vapores a pasar burbujeando a través del líquido que se acumula sobre cada plato en los distintos pisos.
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14 Como el tema a tratar en este capitulo se orientará, más que nada, a lo relacionado con motores de combustión interna, a continuación se dará una breve explicación del principio de funcionamiento de dichos motores, su clasificación y algunos conceptos importantes que se deben tener en cuenta.
Los motores de accionamiento que más se emplean en los automóviles son los de combustión interna. Generan su potencia por transformación de la energía química contenida en el combustible en calor y la de este en trabajo mecánico. La transformación de la energía química en calor se realiza por combustión; la de la energía calorífica en trabajo mecánico por su transmisión a un medio de trabajo, cuya presión aumenta y la consiguiente expansión produce trabajo. Como medios de trabajo se utilizan líquidos que por transformación de fase (vaporización) o gases que al comprimirlos aumentan la presión de trabajo en cuestión. Para la combustión de los combustibles, que en su mayoría son hidrocarburos, se precisa oxígeno, que normalmente se introduce con aire. Si la combustión tiene lugar en el propio espacio de trabajo, se denomina combustión interna. En ese caso los gases de la combustión se utilizan directamente como medio de trabajo.
La clasificación de los motores de combustión interna en motores Otto y motores Diesel obedece a los procedimientos de trabajo en el encendido y en la formación de la mezcla exigidos por las clases de combustible. Los motores Otto son accionados preferentemente con combustible ligero (gasolina). La combustión en el cilindro es provocada por un encendido ajeno, independiente. Los motores Diesel son accionados preferentemente con combustible pesado (Diesel Oil). La combustión en el cilindro se realiza por autoencendido. En los motores Otto y en los Diesel se distingue, según sea el modo de trabajar en el cambio de los gases quemados y los nuevos, entre motores de cuatro tiempos y motores de dos tiempos. Si el intercambio de gas a cada vuelta del cigüeñal al final de la expansión tiene lugar en la zona del punto muerto inferior (PMI), se habla del sistema de dos tiempos. Estos motores necesitan para la realización de una fase de trabajo dos carreras de émbolo, es decir, una revolución del cigüeñal. Si se introduce entre cada tiempo de combustión un tiempo de intercambio de gas aparte, compuesto de carrera de expulsión y carrera de admisión, se habla entonces de motor de cuatro tiempos. Estos motores (14)
Véase: “Manual de la Técnica del Automóvil”, BOSCH, 3ª Edición, Editorial REVERTÉ, S.A., 1996.
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necesitan para la realización de una fase de trabajo cuatro tiempos, que suponen cigüeñal. cuatro carreras de émbolo o, lo que es igual, dos revoluciones del Según la clase de refrigeración, se distingue entre motores refrigerados por líquido o motores refrigerados por aire; según sea la disposición de los cilindros, los motores pueden ser motores con cilindros en línea, motores con cilindros opuestos o motores con cilindros en V (ver Fig. 1) y finalmente se tiene, según el movimiento del émbolo, motores con émbolo de elevación y motores de émbolo rotatorio.
Motor en línea
Motor de cilindros opuestos
Motor en V
Fig. 1: Clasificación según el modo de estar dispuestos los cilindros Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.
El motor moderno del automóvil es claramente un motor de marcha rápida. Unicamente así puede satisfacer las exigencias de una gran potencia con peso y volumen relativamente pequeños. Los números de revoluciones por término medio varían, para motores Otto de vehículos de turismo entre 4.000 y 6.000 r.p.m., para motores Diesel de camión entre 2000 y 4000 r.p.m. y para motores Otto de motocicleta entre 4.500 y 8.000 r.p.m. Si por ejemplo, el número de revoluciones de un motor Otto de cuatro tiempos de un vehículo de turismo es 4.800 r.p.m., se dispone para cada revolución de 60/4800 = 1/80 segundos de tiempo. Para el ciclo de trabajo = 2 revoluciones se invierte un tiempo de 1/40 segundos y para una carrera el tiempo es de 1/60 segundos. En este pequeño espacio de tiempo tienen que ser llenados los cilindros del motor con gas nuevo o quemarse estos gases y dilatarse o ser eliminados de los cilindros los gases quemados. Correspondiéndose con estos procesos tan sumamente rápidos se mueven los gases nuevos en los cilindros con puntos de velocidad de más de 300 km/h y los gases quemados los abandonan con velocidades aproximadamente iguales. En un motor a 4.800 r.p.m. tienen que realizarse en cada minuto 2.400 ciclos en cada cilindro con exactitud siempre igual. A todo esto las temperaturas varían en cada cilindro, y en cada ciclo de trabajo, desde los 100 ºC hasta los 2000 ºC y las presiones de los
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gases pasan desde una ligera depresión hasta presiones de 40 atm y más. De acuerdo con esto, las piezas motor están expuestas grandes solicitaciones térmicas y mecánicas. Así,del por ejemplo, los platos ade válvula expuestas especialmente a los gases quemados, calientes, han de aguantar en estado térmico al rojo (más de 600 ºC) de modo seguro las altas solicitaciones mecánicas que se presentan en la apertura y cierre de las válvulas. En virtud de la presión de combustión de unas 40 atm actúan bruscamente sobre cada émbolo, según sea su diámetro, esfuerzos que van desde los 1.400 kp hasta los 3000 kp. Cada émbolo del motor es cargado, por lo tanto, 2.400 veces por minuto con un peso de 1 ½ a 2 veces el de todo el peso del vehículo. De todo esto se deducen las grandes cargas a que se someten los materiales, y las grandes exigencias en cuanto a precisión de fabricación, en cuanto al montaje y en cuanto a mantenimiento que son necesarias en los motores rápidos para que pueda garantizarse un funcionamiento seguro.
Se entiende por motor Otto el de pistones con formación de mezcla homogénea, interior o exterior y encendido externo. La mezcla homogénea de aire/combustible se comprime luego en el tiempo de compresión a unas 20 a 40 atm (Relación de compresión Rc ó ε = 7 a 12). La temperatura final resultante de la compresión, de 400 a 500 ºC, queda todavía por debajo de los límites de autoencendido de la mezcla, por lo que poco antes del punto muerto superior (PMS) hay que encenderla con una chispa. La combustión consiguiente y de ella el rendimiento de potencia, dependen esencialmente de la velocidad de inflamación que se pueda
conseguir y con ello de la duración de la combustión.
La misión del sistema de formación de mezcla es producir mezclas de aire/combustible combustibles y homogéneas. Sin embargo, sólo pueden ser homogéneas las mezclas de gas o gas-vapor, es decir, todo el carburante debe ser vaporizado antes del encendido. Si no se puede conseguir completamente la vaporización del carburante, por ejemplo en el arranque en frío, porque las temperaturas necesarias para ello son demasiado bajas, hay que añadir tanto más combustible para que la fracción de este que se vaporiza lleve a una relación aire/combustible que sea combustible (enriquecimiento de la mezcla en el arranque en frío). La formación de la mezcla debe realizarse de forma que se produzcan variaciones mínimas en la relación aire/combustible, de un cilindro a otro y de un ciclo a otro. Los motores con carburador y los de inyección pueden realizar esta exigencia con diversas ventajas y muestran en el campo característico del motor comportamientos opuestos. La mariposa de estrangulamiento que se emplea ocasiona, en el campo inferior de la carga, en el punto de entrada del equipo de formación de la mezcla del carburador, una distribución desigual del aire y con ello del llenado del cilindro (en la instalación de formación de mezcla monopunto de un carburador o de una instalación de inyección monopunto o central, ocurre de forma similar). Sin embargo, la presión descendente del tubo de aspiración tiene un efecto positivo en la proporción de carburante y con ello en la composición de la mezcla de cilindro a cilindro; es decir que resultan
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llenados diferentes de los cilindros a relación constante de aire/combustible (coeficiente aire) λ. Al aumentar la carga, es decir, al aumentar la presión en el tubo de aspiración, aumenta la desigualdad del reparto de la mezcla, debido a que proporciona gotas de combustible. En la inyección secuencial en el tubo de aspiración o directa, la variación cuantitativa relativa, de cilindro a cilindro, en la zona inferior de carga resulta más desfavorable. Puesto que simultáneamente en la zona inferior del campo característico el reparto de aire en los distintos cilindros es irregular, se produce una mayor diferencia en la distribución de aire/combustible a los cilindros. Al aumentar la carga y obtenerse con ello una mejor distribución del aire, la variación de λ es menor. En general, la preparación es parejamente buena en todo el campo de funcionamiento. En ambos sistemas, para el arranque en frío y durante la fase de marcha en caliente, debe corregirse la mezcla por enriquecimiento.
Los cuatro tiempos del ciclo de trabajo son: aspiración, compresión, trabajo y expulsión (ver Fig. 2). VA = válvula de admisión VA VE VA abierta abierta cerrada
VA cerrada
VE cerrada
VE = válvula de escape VA cerrada
VE cerrada
VA cerrada
VE VE abierta
PMS
PMI aspiración
1.ª revolución
PMS PMS = punto muerto superior
PMS
PMI PMI = punto muerto inferior inferior
PMI
compresión
2.ª revolución
trabajo
expulsión
Fig. 2: Los cuatro tiempos de un ciclo de trabajo (simplificado) Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.
Al descender el émbolo se presenta en virtud del
agrandamiento del espacio una depresión que varía de 0,1 atm a 0,2 atm y con ello se produce una acción de aspiración. Esto ocasiona que se forme una mezcla aire/combustible (mezcla fresca) capaz de arder y que esta mezcla pase a través de la válvula de aspiración (VA) al interior del cilindro. Con objeto de aprovechar lo más posible esa energía circulatoria, se abre la VA ya poco antes del PMI. Aún cuando por el ángulo de entrada y salida de la VA resulta alargado el tiempo de aspiración, el llenado de gas fresco no llega más que, aproximadamente, al 75 a 85% (dependiendo del tipo de motor) del peso de gas que debería corresponder, en el caso de equilibrado de presiones, al volumen
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de la embolada. En el motor calentado por el funcionamiento, la temperatura de los gases frescos en el cilindro sube a 100 ºC.
Al subir el émbolo, el gas fresco es comprimido hasta
la 7ª a 12ª parte de la capacidad original del cilindro (Cilindrada Unitaria (CU)) = Cilindrada (Volumen del cilindro (Vc)) + Volumen de la cámara de combustión (Vcc). Con esto se produce una temperatura de compresión de 400 ºC a 500 ºC y correlativamente una presión de compresión de 10 atm a 16 atm. La compresión fomenta la mayor vaporización del combustible y la intima mezcla con el aire. De este nodo se prepara la combustión de manera que en el tercer tiempo pueda realizarse muy rápidamente y tan completamente como sea posible.
La combustión se realiza en
virtud del salto de chispa de encendido entre los electrodos de la bujía. El espacio de tiempo comprendido entre el salto de de segundo. la chispa yP el total de un frente de llama es de unos 1/1.000 Por or este desarrollo motivo la chispa de encendido debe saltar, según el número de revoluciones del motor entre 0º y 40º antes del PMS con objeto de que la combustión que se produce, a modo de explosión, alcance poco después del PMS su máxima temperatura de 2.000 ºC a 2.500 ºC y la correspondiente presión de combustión llegue desde 20 atm hasta más de 40 atm. La gran parte del tiempo restante queda entonces disponible para la dilatación de los gases de combustión que están sometidos a una fuerte tensión de compresión. Con el movimiento de descenso del émbolo hasta el PMI se transforma la energía térmica en trabajo mecánico. Hasta el final de este tercer tiempo disminuyen la presión y la temperatura a unas 4 a 5 atm y a 900 ºC a 800 ºC, respectivamente.
Con objeto de descargar el mecanismo cigüeñal en el PMI, la válvula de escape (VE) abre ya a 40º o 60º antes del PMI. Los gases quemados escapan del quemado cilindro con grande. Endelaremanso subida del émbolo, el resto de gas es velocidad expulsadomuy a una presión de unas 0,2 atm. Con el fin de favorecer la salida de los gases viejos la válvula de escape no cierra sino hasta poco después de pasado el PMS, al par que la VA esta ya abierta. A esta posición se le conoce como “punto de solapamiento”. El solape de los tiempos de válvula favorece adicionalmente el vaciado y la refrigeración de la cámara de combustión.
Cuanto mayor es la relación de compresión de un motor Otto tanto mayor es el aprovechamiento de la energía del combustible y con ello el rendimiento del motor. Esto se deduce claramente en la siguiente confrontación: Relación de compresión Presión final de compresión Presión máxima de combustión Presión al abrir la VE
ε = 7 ≈ 10 atm ≈ 30 atm ≈ 4 atm
ε = 9 ≈ 16 atm ≈ 42 atm ≈ 3 atm
A pesar del notablemente mayor trabajo de compresión que se tiene en el caso de ε = 9, nos da el aprovechamiento de la importante elevación del salto de presión para igual llenado de gas nuevo un aumento de trabajo o de potencia de más del 10%.
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Con relación de compresión creciente sube empero también la
temperatura compresión la comparación anterior desde unos 400 ºC de a unos 500 ºC.en Según sea el combustible puedeaproximadamente presentarse ya a esas temperaturas el autoencendido. Este autoencendido incontrolado que produce la inflamación simultanea en varios núcleos de ignición conduce a una combustión acelerada y brusca con presiones fuertemente crecientes. Este proceso recibe el nombre de detonación del combustible a causa de los bruscos u duros ruidos a que va unido. Este fenómeno conduce por un lado a deterioros en los cojinetes y por otro a una disminución de potencia. Como este fenómeno, también llamado “picado”, tiene que evitarse a toda costa, la relación de compresión tiene un límite superior. Además de por el empleo de un combustible inadecuado, el picado puede estar producido también por un encendido demasiado prematuro o por un recalentamiento local (por ejemplo, debido a depósitos de aceite carbonizado en la cámara de combustión o en los platos de las válvulas).
. Si se disponen los tiempos de apertura y cierre de las válvulas de admisión y de escape como ángulo de la rotación del cigüeñal en grados, se obtiene el diagrama de mando o de maniobra (Fig. 3) que nos da una visión sobre los tiempos de maniobra de las válvulas y el “solape” de las mismas. Los tiempos de apertura de las válvulas y la forma de las levas de mando se determinan para cada tipo constructivo mediante ensayos de tal modo que el motor de la potencia máxima posible. Como los tiempos de maniobra de los distintos modelos constructivos se diferencian en cuanto a los ángulos muy notablemente entre sí, no pueden darse más que valores medios (Fig. 3). Por regla general, los ángulos desde la apertura de la válvula hasta su cierre son tanto más grandes cuanto más elevado es el número de revoluciones del motor.
0º...40º desde PMS
Expulsión
Solape de la acción de las válvulas PMS Ec
Aspiración
Aa
Compresión
Trabajo
Ac Ea PMI VA abre (Aa) VA cierra (Ac) VE abre (Ea) VE cierra (Ec)
0º...30º antes del PMS 40º...60º después del PMI 40º...60º antes del PMI 5º...30º después del PMS
Fig. 3: Diagrama de mando de un motor Otto de cuatro tiempos Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.
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El motor Diesel es una máquina de combustión interna, de alta compresión, que realiza el encendido por sí misma. El combustible es encendido por el calor generado por la alta compresión, y no se requiere una bujía eléctrica. El ciclo Diesel consiste en: Carga de cámara de combustión con aire; Compresión del aire; Inyección del combustible, el cual se enciende espontáneamente; Expansión de los gases de la combustión y por último expulsión de dichos gases. En los motores de encendido por compresión las relaciones de compresión se encuentran entre 11,5:1 y 22:1. Los motores Diesel varían enormemente en: Tamaño, Potencia, y Velocidad de operación. Mientras algunos motores, de un sólo cilindro, entregan unos pocos caballos de fuerza (H.P.), en el otro extremo hay motores que poseen cilindros tan grandes como los de 1.050 mm (41.34”) de diámetro, que entregan varios miles de caballos de fuerza por cilindro. El tamaño y la potencia continúan en aumento. Las velocidades de operación son también diversas partiendo desde menos de 100 r.p.m. en algunos grandes motores hasta 4.000 r.p.m. o más para los que son usados en automóviles y otros vehículos. Los motores Diesel están ahora totalmente establecidos en todos los medios de transporte de superficie, como así también en la generación de energía y bombeo. La gama completa de motores Diesel puede ser dividida dentro de tres amplios grupos de clasificación, indicada en la tabla Nº1:
Baja velocidad
Menos de 300 r.p.m.
Carga pesada sostenida, Propulsión marina; velocidad constante generación de energía
eléctrica
Velocidad media De 300 a 1000 r.p.m.
Carga bastante alta y velocidad relativamente constante
Frecuente y amplia variación de carga y velocidad
Alta velocidad 1000 r.p.m. o más
Motores marinos auxiliares; generadores estacionarios; unidades de bombeo Vehículos de transporte de ruta y fuera de ruta; locomotoras de ferrocarril
La selección de un combustible apropiado para motores Diesel, no es un procedimiento simple y depende de varios factores, de los cuales los más importantes son:
Tamaño y diseño del motor Rangos de velocidad y cargas de funcionamiento Frecuencia de los cambios de carga y velocidad Condiciones atmosféricas Precio del combustible y disponibilidad del mismo Consideraciones de mantenimiento
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Cada uno de los factores antes mencionados juegan un rol en la selección del combustible, y la relativa influencia de cada factor esta determinada por la aplicación especifica y la instalación involucrada.
El combustible pasa a través de las siguientes etapas:
Almacenamiento, bombeo y manipulado Filtrado Calentamiento (si fuera necesario) Atomización y mezcla con aire Combustión Entrega de su potencia Intercambio de calor y escape
Las propiedades del combustible controlan la performance en estos procesos e influyen particularmente en la combustión y en la resultante extracción de energía. En cualquier proceso de combustión, existen tres requerimientos básicos:
Formación de la mezcla aire/combustible Ignición de dicha mezcla Combustión completa de la mezcla
Previamente a la inyección del combustible, sólo se comprime aire que es elevado a alta temperatura durante la carrera de compresión. La presión final
de compresión y la temperatura del aire resultantes, podrían variar según factores, tales como: relación de compresión, velocidad, y diseño del motor; 2
pero valores como 31,6 kg/cm (450de psi) y una temperatura de 538 ºC (1000 ºF), sontales representativos del trabajo compresión en un motor Diesel. Poco tiempo antes del final de la compresión, en un punto controlado por el sistema de distribución, se introduce en la cámara de combustión una o más inyecciones de combustible. La ignición no ocurre inmediatamente después de la inyección. Las gotitas de combustible absorben calor del aire comprimido. Esto es necesario para la vaporización y para incrementar la eficiencia. La duración del periodo de retardo entre la inyección y la ignición es controlada por el tipo de diseño del motor, las temperaturas del aire y del combustible en la aspiración, el grado de atomización del combustible y composición del mismo. Este periodo de retraso es conocido comúnmente como “atraso de ignición” o “retardo de ignición”. La mezcla aire/combustible finalmente alcanza una temperatura a la cual la auto-ignición tiene lugar y la llama comienza su propagación. La inyección de combustible continua durante este tiempo. Por esta razón, el atraso de ignición debe ser corto; por el contrario, si el atraso de ignición es demasiado grande, por ejemplo en el caso de motor frío, de incorrecto principio de la inyección o de combustible “perezoso” a la inflamación (índice bajo de cetano) se presenta el perjudicial “golpeteo Diesel” (Diesel Knock). El “golpeteo Diesel” es causado por una muy rápida quema de combustible o detonación de relativamente grandes cantidades de combustible acumuladas en el cilindro antes que comience la combustión. Una vez que la llama se ha iniciado totalmente, el único combustible en el cilindro es el que se inyecta dentro de la mezcla que se está quemando. Este combustible arde casi instantáneamente.
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La parte final del ciclo de combustión es la finalización del quemado después que la inyección ha terminado, y la posterior expulsión de los gases de escape. El compromiso óptimo entre consumo de combustible, emisiones y ruido (golpeteo Diesel) del motor Diesel exige la exactitud del comienzo de la inyección a aproximadamente + 1º de ángulo de cigüeñal. La cantidad de combustible, la velocidad a la cual es inyectado dentro del motor, la distribución y duración del periodo de inyección son controlados por la leva de comando de la bomba de inyección. La bomba entrega el combustible a los inyectores con una presión, en el momento de la inyección, que varía entre 130 y 2.100 kg/cm2 (1.800 y 3.000 psi), dependiendo del tipo de diseño del equipo de inyección. La cantidad de combustible a inyectar está para dada ajustarse a las diferentes deentrada velocidad y/o carga, usualmente por un regulador, el condiciones cual regula la de combustible a las cámaras de combustión en una relación máxima preestablecida hasta que la nueva condición es alcanzada. El regulador está ajustado para evitar la emisión de humo negro causado por una excesiva cantidad de combustible. El aire que puede ser suministrado a un motor está determinado por las condiciones de diseño. La cantidad eficientemente utilizada de este aire determina la relación óptima de inyección de combustible y por lo tanto la potencia máxima entregada por el motor. Debajo de este máximo, la potencia es controlada solamente por la cantidad de combustible suministrada. Aumentar la presión del aire de admisión es una de las formas usadas para aumentar la
cantidad de aire suministrada al motor, sin tener que aumentar su tamaño. Se usa un compresor, acoplado directamente al eje cigüeñal (un sobrecargador), o accionado una turbina que calórica gases de escape (unpor turbocargador), paraaprovecha aumentarlalaenergía cantidad de airededeloscombustión disponible. Consecuentemente el motor es capaz de quemar mayor cantidad de combustible y la potencia aumenta hasta en el orden del 50%, siendo esto posible sin exceder el nivel normal de humo en el escape. Por último, la cantidad de combustible a quemar está limitada por las tensiones térmicas y mecánicas que puedan tolerar los componentes del motor.
Para la combustión completa del combustible hacen falta 14,7 kg de aire por cada kg de combustible. Para caracterizar la composición de la mezcla se ha definido el coeficiente λ (Lambda). En una relación estequiométrica aire/combustible el coeficiente
λ =
Coeficiente de aire aportado
=1
Requerimiento teórico
Una mezcla pobre contiene (λ (λ > 1) más aire, una mezcla rica (λ (λ 1). Si el exceso de aire no es suficiente, aumentan las emisiones de hollín, monóxido de carbono (CO) y de hidrocarburos (HC).
Es la capacidad que posee el cilindro en la carrera del pistón entre el PMS y el PMI. π * ∅ 2
CU =
h
donde: h es la altura del cilindro ∅ es el diámetro del cilindro
4
Es las veces que está contenida la cámara de combustión en la CU más la cámara de combustión (ver Fig. 4). Vc + Vcc
Rc =
donde: Vc es el volumen del cilindro Vcc es el volumen de la cámara de combustión
Vcc
ε (epsilon) = Rc = relación de compresión Vc = cilindrada o volumen del cilindro Vcc = volumen de la cámara de combustión Vcc
PMS
PMI
a r e r r a C
Vc Vc + Vcc Rc = Vcc PMS
PMI
Fig. 4: Rela Relación ción de compresión Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H.
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El
no es más que el contenido de energía del
combustible. Éste varía según la razón entre las cantidades de hidrógeno y carbono. Cuanto mayor es la cantidad de hidrógeno, mayor es el poder calorífico o , dado que ésta vale para el hidrógeno 120,16 kJ/kg (28700 kcal/kg), mientras que para el carbón vale 34,08 kJ/kg (8140 kcal/kg). Uno de los productos de la combustión es el agua; según que esta se encuentre en estado líquido o en estado de vapor, varía el valor del poder calorífico del combustible. Se tiene por lo tanto dos poderes caloríficos: quemado es El es cantidad de calor en kJ producida por 1 kg de combustible en la exceso de aire cuando los(kcal) productos de la combustión se enfrían de modo que el vapor de agua contenido en ellos se condense.
El es es la cantidad de calor producida por 1 kg de combustible quemado en exceso de aire cuando los productos de la combustión se enfrían hasta el punto de ebullición del agua sin que el vapor de agua contenido en ellos se condense. A efectos de la utilización, en los motores interesa principalmente el poder calorífico inferior, en cuanto el vapor de agua, como ya se ha dicho, no se condensa dada la alta temperatura a la cual se expulsan los gases de escape.
El poder calorífico puede también referirse – además de la unidad de 3
masa (kJ/kg) a la3 unidad de gaseosos. volumen enCuanto kJ/dm mayor (kcal/l)es para combustibles líquidos y en –kJ/m para los el los poder calorífico, tanto menor es el consumo de combustible en masa o en volumen, con tal de que en ningún caso el motor funcione en régimen de detonación. A menor poder calorífico corresponde menor cantidad de aire para la combustión; esto explica el echo de que las varias tonalidades térmicas no difieren en mucho. Los diferentes combustibles líquidos permiten por lo tanto desarrollar casi la misma potencia, a igualdad de todas las demás condiciones; es necesario sin embargo tener presente que los consumos están en cambio relacionados con el poder calorífico y por lo tanto aumentan pasando por ejemplo de la gasolina al alcohol o mezclas alcohólicas.
Por medio de la aire/combustible vaporización del se combustible, que al principio sólo está nebulizado, la mezcla enfría. El descenso de temperatura que tiene lugar en el carburador, con clima frío y húmedo (unos 2 a 8 ºC y humedad de aire > 65%), puede provocar la estrangulación de la válvula de estrangulamiento (“congelación del carburador”), que es causa de defectos de marcha. En combustibles con alto calor de evaporación (por ejemplo, Metanol), el aire frío aspirado no aporta suficiente calor para la evaporación y con ello para la preparación de la mezcla, de manera que son necesarias medidas adicionales (por ejemplo, precalentamiento del tubo de aspiración).
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Por lo general, el color de los destilados aumenta con su peso especifico, de modo que la gasolina es generalmente incolora, el kerosene y el diesel de color amarillo muy pálido, y los mas pesados de color café o negro, aunque existen grandes variaciones según la naturaleza del crudo, forma de tratamiento y refinación. Muy a menudo, se le da color a los destilados por la adición de substancias colorantes adecuadas, ya sea para individualizar su procedencia, como sucede por ejemplo con las gasolinas vendidas por determinadas compañías dentro de EE.UU., o bien para ajustarse a las preferencias y costumbres del consumidor.
Un motor de combustión puede funcionar en cualquiera de los tres estados de agregación – sólido, gaseoso o líquido – la selección se hace teniendo en cuenta: 1. La complejidad del equipo equipo necesario para almacenar, suministrar y quemar el combustible en el motor. 2. El valor del calor de combustión por unidad de volumen volumen del combustible, y 3. La disponibilidad y coste del combustible en en el sitio donde se en encuentra cuentra el motor. Los combustibles sólidos no pueden usarse en su estado natural, porque las tentativas hechas para introducirlos pulverizados en los motores han puesto
en evidencia graves inconvenientes funcionales, tales como, el desgaste y la corrosión de los cilindros y el agarrotamiento de las válvulas a causa de las cenizas que no pueden ser totalmente eliminadas. Los combustibles sólidos son, por tanto, transformados en combustibles gaseosos dentro de adecuados aparatos generadores llamados gasógenos. Los combustibles gaseosos presentan la mínima dificultad desde el punto de vista del mezclado con aire y distribución homogénea a los diversos cilindros de un motor de varios pistones, a los quemadores de una turbina de gas, o a los motoreactores. En buenas condiciones, la combustión deje relativamente pocos depósitos, comparados con los otros combustibles. Los combustibles gaseosos para equipos automotores necesitan el empleo de grandes recipientes para presiones de gas bajas y depósitos para las presiones de gas intermedias o elevadas, lo que restringe su campo de aplicación. Aún así, en las zonas próximas a las fuentes de producción, se utiliza mucho el gas de petróleo licuado (GLP) en camiones, tractores, autobuses y motores, en las obras de irrigación y sondeos. El GLP se obtiene en las plantas de gasolinas naturales de los campos petrolíferos y también de los gases de refinería. Los combustibles líquidos se utilizan como fuente de energía en los motores más que los combustibles gaseosos o sólidos. Ofrecen muchas ventajas, de las que las más importantes son la gran cantidad de energía por unidad de volumen y el fácil y seguro manejo, almacenamiento y transporte.
70
Durante el proceso de mezcla con el aire, los combustibles líquidos deben vaporizarse o atomizarse y al menos parcialmente vaporizarse. La distribución de las mezclas aire/combustible con partículas líquidas en suspensión presenta una dificultad considerable en el motor policilindrico carburado y también en cada cilindro de un motor de inyección de combustible. Semejante dificultad ocurre en la distribución y la vaporización de las partículas de combustible en el aire de combustión primario para obtener una combustión completa en quemadores de turbinas de gas o de motores de reacción. Los combustibles usados para motores de combustión interna están constituidos por una mezcla de hidrocarburos que se diferencian entre sí por la estructura de sus moléculas. La estructura y la magnitud de las moléculas así como la relación numérica de sus átomos de hidrógeno y de carbono determinan esencialmente el comportamiento de los combustibles en el momento de quemarse en el motor.
a) Estructura en forma de cadena
= átomo =
de hidrógeno átomo de carbono
Propano Gaseoso C3 H8 Gas carburante Butano fluidificado a baja C4 H10 presión Pentano Líquido C5 H12 Hexano C6 H14
Componentes de la gasolina en Heptano forma de cadena C H
b) Estructura en forma de anillo
Benzol puro C6 H6
Toluol C7 H8
Componentes del benzol para motores Muy antidetonante
7
16
Octano C8 H18 con cadenas laterales
Poco antidetonante
Componentes del Isooctano combustible patrón para motores Otto C8 H18
Ortooxilol C8 H10 Uno de los componentes Ciclohexano en forma de anillo de la C6 H12 gasolina
Muy antidetonante
Muy antidetonante
Fig. 5: Estructura de las moléculas de hidrocarburos Figura extraída del libro: “Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Ed. Reverté S.A., 1978.
Las moléculas de hidrocarburo están constituidas o bien en forma de cadena o bien en forma de anillo (Fig. 5). Las moléculas que tienen estructura en forma de cadena sencilla (parafinas y olefinas) son muy propicias al encendido y arden fácilmente. Con ello se produce en los motores Otto el “picado”. En los motores Diesel las moléculas de hidrocarburos propicias al encendido se queman de modo irreprochable, sin (aromáticos “picado”. Lasy moléculas con cadenas laterales (isómeros) o en forma de anillo cicloparafinas) no son tan propicias al encendido. En los motores Otto se comportan como resistentes al “picado” y en los motores Diesel, en virtud de su retardo de encendido, como propicias al “picado”. Debido a lo extenso que seria detallar cada tipo de combustible (sólido, gaseoso y líquido), sólo se dará una breve descripción tanto de los combustibles sólidos como gaseosos, tratando de entregar lo más importante de cada uno de ellos. No así con los combustibles líquidos (Diesel Oil, Gasolinas y kerosene) que se desarrollaran detenidamente, debido a la gran
71
importancia y usos que tienen y han tenido, a lo largo de la historia, en la gran mayoría de los motores de combustión interna.
El es un combustible sólido negro formado por la descomposición de la antigua vegetación en ausencia de aire, bajo la influencia de acción bioquímica, humedad, presión y calor. Se compone esencialmente de Carbono, Hidrógeno, Oxígeno y pequeñas cantidades de Nitrógeno y Azufre. El carbón mineral es un material heterogéneo, que varia de acuerdo con los componentes de la planta que le dio origen y el grado de cambio metamórfico. Asociados a la matriz orgánica, se encuentran el agua y una gran variedad de materiales inorgánicos (que contienen hasta 65 elementos químicos). El carbón fue un combustible común para hornos industriales alimentados en forma manual o mecánicamente o con quemadores de carbón pulverizado. Con la creciente necesidad de controlar la temperatura y la atmósfera en los procesos industriales de calentamiento, el carbón ha sido reemplazado, casi por completo, por combustibles líquidos gaseosos. Debido a que disminuye la disponibilidad del gas natural para propósitos industriales, se espera desarrollar nuevos métodos para producir gas sintético (equivalente al gas natural) a partir del carbón. El es un material sólido infusible, celular, coherente que se obtiene del carbón, alquitrán, residuos de petróleo y de otros materiales carboníferos, como el residuo de la destilación destructiva. Este residuo tiene una estructura característica, resultante de la descomposición y polimerización de masas fundidas o semilíquidas. Actualmente, otras variedades especificas de coque, distintas de las provenientes del carbón, se distinguen por la palabra que indica
su origen, como “coque del petróleo” y “coque de alquitrán”. También se utiliza algún término para indicar el proceso por el cual se produce, por ejemplo, en el caso de coque obtenido de carbón mineral, “coque de horno de abertura”, “coque de horno de colmena”. El poder calorífico, depende del tipo de coque y varia entre 13.200 hasta 15.050 Btu/lb, desde el coque elaborado con subproductos al coque de petróleo, respectivamente. La representa una etapa de la metamorfosis de la materia vegetal en carbón, constituye un producto de la descomposición y desintegración parcial de plantas de pantanos o ciénagas en ausencia de aire. Hay cuatro grandes tipos de turba, clasificados de acuerdo con su origen genérico y al contenido de fibra: turba de musgo (turba de musgo), , turba de juncos y de . Como todos los materiales de origen vegetal, la turba es una mezcla compleja de carbón, hidrógeno y oxígeno. En general, el contenido de azufre, nitrógeno y ceniza de la vegetación de origen, son bajos. La turba se utiliza como combustible en muchos países. Después de secarse con aire, el contenido de humedad en ocasiones es solamente del 55% y su poder calorífico es de 4.000 Btu/lb (9.300 kJ/kg). En Estados Unidos se emplea principalmente para mejorar los suelos, como cubierta de paja y estiércol, como carga de fertilizantes o como lecho para animales domésticos. Una compañía finlandesa introdujo en el mercado la turba comprimida, en
(15)
Vease: Baumeister-Av B aumeister-Avalloneallone-Baumeister, Baumeister, “Marks Manual del Ingeniero Mecánico”, Octava edición, c Volumen II, M Graw Hill, 1990.
72
sacos de plástico de 170 litros, para misiones de rescate del ambiente, como, por ejemplo, para limpiar los derrames de petróleo en la tierra o en el mar. El contenido de humedad de la turba de pantano sin drenar es, en general, de 92 a 95%; pero se reduce del 10 al 55%, cuando se utiliza como combustible comercial. Normalmente la turba se recolecta con grandes equipos removedores de tierra, de pantanos drenados que se secaron por estar expuestos al viento y al sol. En Irlanda se emplea para la producción de potencia al igual que en la Unión Soviética, pero en esta ultima se emplea también para propósitos agrícolas y como material para lecho. La , cuando se emplea como combustible, generalmente es un producto secundario de aserraderos o de la industria papelera. En la conversión de los troncos en madera generalmente se pierde casi el 50% por la corteza, por cepilladuras y aserrín. La madera fresca contiene del 30 al 50% de humedad, la mayor parte de la estructura celular; después de secarse durante un año, el contenido de humedad se reduce del 18 al 25%. La madera secada en hornos contiene, aproximadamente, 8% de humedad. La mayor parte de la pérdida durante el proceso de conversión de la madera en productos útiles, se emplea para suministrar energía a la maquinaria. Cuando se requiere una cantidad de combustible adicional se emplea carbón o gas. La madera seca puede tener un poder calorífico de 8.750 Btu/lb, pero con el 80% de humedad, una libra de madera húmeda tiene un poder calorífico de solamente 1.750 Btu/lb. El o de , se prepara por el calentamiento de la madera a temperatura elevada en ausencia de aire. Se pierde arriba del 75% en peso y el 50% de volumen, debido a la eliminación de humedad y de materia
volátil. Como resultado, el carbón vegetal tiene un poder calorífico por pie cúbico más alto que la madera original, especialmente si el producto final se compacta en forma de briquetas. El carbón vegetal se vende en forma de terrones, polvo o briquetas y se emplea como combustible para vulcanización, en la cocina de restaurantes y como combustible en días de campo. En la industria química no se utiliza como combustible, sino como un sistema adsorbente para purificar corrientes gaseosas y líquidas y como un agente decolorante.
( ) 16
El se encuentra en depósitos subterráneos, separados o mezclados con petróleo crudo (Véase Capítulo de Petróleo). El es un gas combustible, preparado a partir de otro material sólido, líquido o gaseoso, como el carbón, coque, aceite o gas natural. Los tipos principales de este gas son: gas de retorna de carbón mineral, gas de hornos de coquización, gas de agua, gas de agua carburado, gas de aceite, gas natural reformado, propano reformado o gas licuado de petróleo. En la actualidad se desarrollan varios procesos para un sustituto del gas natural a partir del carbón. El se prepara añadiendo gas natural o gas licuado del petróleo al gas fabricado, resultando un producto de mejor utilidad y de más alto contenido de calor.
(16)
Para mayor información ir a la dirección de Internet: www.gncchile.org
73
El es una mezcla de hidrocarburos, que
contiene generalmente propano, butano, isobutano y cantidades menores de propileno y butileno. Los productos pr oductos más comerciales son el propano y el butano, o mezclas de los dos. El propano y los butanos se extraen, en general, a partir del gas natural o del petróleo crudo. El propileno y los butilenos son resultados de la desintegración de otros hidrocarburos, durante la refinación del petróleo y constituyen dos materias primas importantes para la industria química.
El principal componente del gas natural es el metano (CH4); los otros componentes son los hidrocarburos parafínicos más pesados, como el etano, propano y los butanos. La mayor parte del gas natural contiene de 5 a 20% de nitrógeno y, en ocasiones, cantidades apreciables de bióxido de carbono y ácido sulfhídrico. En general se encuentran trazas de argón, hidrógeno y helio. Una parte de los hidrocarburos más pesados, el bióxido de carbono y el ácido sulfhídrico, se separa del gas natural antes de que se utilice como combustible. El gas fabricado contiene metano, etano, etileno, propileno, hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono y nitrógeno, con pequeñas concentraciones de vapor de agua, oxígeno y otros gases. Cuando el gas natural o el GLP se mezclan con aire para modificar las características de su comportamiento o su poder calorífico, las mezclas resultantes contienen nitrógeno y oxígeno.
Debido a que el gas natural transportado por los gasoductos casi no tiene
olor, en la mayoría de las normas se establece añadir un agente odorante, para que pueda detectarse la presencia de gas, en caso de fallas o accidentes. La odorización se lleva acabo añadiendo trazas de compuestos orgánicos que contengan azufre, antes que el gas se distribuya a los consumidores. El requerimiento es que una persona normal pueda detectar la presencia del gas por el olor, cuando la concentración en el aire sea de 1%. Debido a que el límite inferior de inflamabilidad del gas natural es de casi el 5%, el requerimiento del 1% equivale esencialmente a una quinta parte del límite inferior de inflamabilidad. La combustión de estas pequeñas cantidades de agente odorante no crea problemas serios de contenido de azufre o de toxicidad.
Debido a la importancia que representan hoy en día, se verán los siguientes tipos:
El producto terminado que sigue en rango de destilación al kerosene es el Diesel Oil (Aceite diesel o Petróleo Diesel o Combustible Diesel) que se
74
emplea principalmente como carburante en los motores de combustión, combustión, tipo diesel o semi-diesel. Los motores Diesel van desde los pequeños de alta velocidad, utilizados en camiones y autobuses, hasta los grandes motores estacionarios de alta velocidad, utilizados en las plantas de potencia; en consecuencia se requieren diversos grados de combustibles Diesel. El requerimiento básico de un combustible Diesel es que debe tener una ignición espontánea y quemarse satisfactoriamente bajo las condiciones existentes en la cámara de combustión; deberá ser apto para el manejo del mismo por el equipo de inyección y debe adaptarse desde un manipuleo conveniente en todas las etapas de la refinería hasta los tanques de combustible del motor, sin experimentar degradación y sin perjudicar las superficies con que tenga contacto. Los combustibles Diesel originalmente fueron productos de destilación directa, obtenidos de la destilación del petróleo crudo. Con los variados procesos de refinado por craqueo, los combustibles Diesel también pueden contener una cantidad variable de productos craqueados destilados y seleccionados para incrementar el volumen disponible para la creciente demanda, manteniendo el costo al mínimo. La precaución a tomarse al seleccionar los cortes de craqueo debe ser de tal modo que las especificaciones se cumplan lo más sencillamente posible. El rango de destilación de los combustibles Diesel destilados es aproximadamente de 150 a 400 ºC (300 a 755 ºF). Las cualidades relativas de los combustibles tipo Diesel a ser consideradas, dependerán de las practicas de las refinerías, la naturaleza de los petróleos crudos de donde estos se obtienen
y el paquete de aditivos usado (si lo contienen). Bajo la amplia definición de combustible Diesel, existen varias posibilidades de combinaciones de las características de los mismos, como ser: volatilidad, calidad de ignición, viscosidad, gravedad, estabilidad y otras propiedades. Para caracterizar los combustibles Diesel y de tal manera establecer un sistema de definición y referencia, la ASTM D 975 “Clasificación de Combustible Diesel”, mostrada en la tabla Nº2, clasifica a los combustibles Diesel en tres grados: . Se debe enfatizar que esta norma ASTM D 975 es una clasificación y no una apreciación completa de especificaciones de cualidades. En general, esta norma presenta ciertos requerimientos mínimos y necesarios para asegurar un funcionamiento confiable bajo las condiciones descritas.
. Combustible Diesel destilado, volátil, para motores con
requisitos de servicio de frecuentes cambios de velocidad y carga. Comúnmente usados en motores de alta velocidad del tipo móvil, en motores estacionarios de velocidad media y en los motores de locomotoras de ferrocarril.
. Combustible Diesel destilado, de volatilidad más baja que el 1-
D, para motores de servicio industrial y pesado. Este combustible puede contener componentes de primera destilación y/o de craking.
75
. Combustible Diesel de los destilados más viscosos, para
motores de velocidades bajas y medias. Este combustible puede estar compuesto de productos de primera destilación o de craking con algunos productos residuales. Empleados en servicios que involucran carga sostenida y donde prevalece una velocidad constante.
38 (100)
A
0,05
0,15
0,01
-
288 (550)
1,3
2,4
-
34,4
0,5
Nº 3
40*
52 (125)
A
0,10
0,35
0,01
282 (540)
338 (640)
1,9
4,1
32,6
40,1
0,5
Nº 3
40*
55 (130)
A
0,50
-
0,10
-
-
5,5
24,0
45,0
125, 0
2,0
-
30*
A: No es realista especificar en forma general las propiedades a bajas temperaturas que van a asegurar una operación satisfactoria. Una operación satisfactoria se conseguirá en la mayoría de las veces si el punto de turbidez (o punto de aparición de cera) se especifica a 6 ºC arriba del décimo porcentil mínimo de la temperatura ambiente del área donde el combustible va a ser usado. La sugestión anterior es de naturaleza naturaleza general; algunos diseños de equipo, el uso de aditivos, las propiedades del combustible, y/o la operación misma pueden permitir o requerir puntos de turbidez del combustible mayores ma yores o menores. *: Bajas temperaturas atmosféricas, así como operación de motores a altas altitudes, pueden requerir el uso de combustible con más alto número de cetano.
El motor de encendido por compresión es capaz de quemar cualquiera de los combustibles entre las gasolinas y los aceites residuales pesados. Sin embargo, los grandes motores poco revolucionados son normalmente más capaces de utilizar mayor variedad de combustibles que los pequeños motores muy revolucionados, aunque depende mucho del sistema de inyección, del diseño de la cámara de combustión y de las condiciones de funcionamiento. Los combustibles ligeros (de peso especifico API alto) tienen la viscosidad más baja y se emplean en los motores muy revolucionados. Los grandes motores poco revolucionados tienen, para todas las partes del sistema de inyección de combustible, dimensiones mayores y son menos sensibles a la viscosidad del combustible. Los motores muy revolucionados requieren una evaporación rápida del combustible y, por lo tanto, emplearan combustibles con más constituyentes de bajo punto de ebullición y menos constituyentes de alto punto de ebullición que los motores mayores poco revolucionados.
Puesto que el motor Diesel logra la combustión por compresión, el carburante debe encenderse por si solo cuando se inyecta en el aire comprimido y caliente de la cámara de combustión y con el mínimo tiempo de retraso posible (retraso de encendido).
(17)
Tabla obtenida del boletín informativo “Combustibles Diesel”, gentileza de Esso Inter-America Inter-America Inc. Ver NOTA al final del capítulo.
76
La facilidad de encendido es una cualidad de un carburante de inducir el autoencendido en un motor Diesel. El número de cetano (NC) expresa la disposición al encendido. Es tanto más elevado cuanto más fácilmente se enciende el carburante. Se da el número 100 al n-hexadecano (cetano) que es de muy fácil encendido. A la metilnaftalina, que se comporta con retraso de encendido se le asigna el valor 0. El número de cetanos se mide en un motor de pruebas. Para el funcionamiento optimo de los motores modernos (suavidad de marcha, reducción de contaminantes) hacen falta combustibles con números de cetano mayor que 50. Los combustibles Diesel de calidad contienen una alta proporción de parafinas con altos NC. Por el contrario, los aromáticos que se encuentran en los componentes de craqueo dificultan el encendido. Otra magnitud característica de la facilidad de encendido es el índice de cetano, que es calcula mediante la densidad y los puntos de la línea característica de ebullición. A diferencia de lo que sucede en la medición del número de cetano, no tiene en cuenta la influencia de productos que mejoran el encendido.
A temperaturas bajas se puede obstruir el filtro de combustible a causa de la separación de cristales de parafina e interrumpirse así la alimentación. La aparición de los cristales de parafina puede comenzar en casos desfavorables ya a 0 ºC. Por ello los carburantes Diesel de invierno deben ser seleccionados o preparados especialmente para garantizar un funcionamiento impecable en la época fría. Por regla general reciben en la refinería la adición de productos que
mejoran las cualidades de fluencia, que a pesar de no impedir la separación de las parafinas, limita mucho el desarrollo de los cristales. Los cristales que así se forman son tan pequeños que pasan por los poros del filtro. La adición de otros aditivos puede hacer que esos cristales se mantengan en suspensión, con lo cual aún desciende más el límite de filtrabilidad. Para mejorar la resistencia al frío, anteriormente se le solía agregar al carburante Diesel petróleo o gasolina normal. Esto hoy en día con los carburantes normalizados ya no es necesario.
Como punto de inflamación se entiende la temperatura a la cual un líquido inflamable cede la cantidad suficiente de vapor al aire circundante para que una fuente de encendido pueda inflamar la mezcla de aire/vapor. Por razones de seguridad (transporte, almacenamiento) el carburante Diesel debe pertenecer a la clase de peligrosidad A III (18), es decir, tener su punto de inflamación por encima de 55 ºC. La adición de menos de un 3% de gasolina al combustible Diesel rebaja tanto el punto de inflamación de éste, que puede llegar incluso a inflamarse a temperatura ambiente.
(18)
Véase el libro “Tablas de la Tecnología del Automóvil”, H. Gerschler, Gerschler, Editorial Reverté S.A.
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La posición de la zona de ebullición influye en las cualidades importantes del carburante Diesel que afectan a su comportamiento funcional. La ampliación de la zona hacia temperaturas inferiores lleva a un carburante apropiado para el frío, pero con ello baja su número de cetano. Ante todo empeora sus cualidades lubricantes, que aumentan el peligro de desgaste de los dispositivos de inyección. Si por otro lado se eleva la temperatura del punto final de destilación, lo cual seria deseable para un mejor aprovechamiento del crudo, se puede incrementar la formación de hollín y la coquización de las toberas (deposición de residuos de combustión).
El poder calorífico del carburante Diesel depende en una buena medida de su densidad; se incrementa a densidad creciente. Si a ajuste constante de la bomba de inyección – aporte de volumen constante – se utilizan carburantes de distintas densidades, varía la mezcla a causa de las variaciones del poder calorífico y con ello a densidades altas hay mayores emisiones de hollín y a densidades bajas reducción de la potencia.
Una lubricación hidrodinámica correcta de los dispositivos de inyección exige una viscosidad suficiente de los carburantes Diesel. Sin embargo, una viscosidad excesiva puede llevar ala formación de un chorro deficiente.
Dependiendo de la calidad del crudo y de los componentes que se añadan a su mezcla, los carburantes Diesel contienen azufre combinado (unido químicamente). En especial los componentes de craqueo tienen casi siempre altos contenidos de azufre, que se rebaja en la refinería mediante hidrógeno (hidrogenación (19)). Debido a que la combustión en el motor origina la transformación del azufre en Dióxido de Azufre (SO 2), el cual por su reacción ácida es perjudicial para el medio ambiente, la legislación ha limitado el contenido máximo de azufre. De este modo se reduce además la masa de las partículas emitidas por el postratamiento catalítico de los gases de escape condicionadas a la deposición de sulfato.
El coque residual es una medida indicativa de la tendencia de los carburantes a formar coque en las toberas de los inyectores. Los componentes que contiene el carburante Diesel al final del proceso de la destilación influyen notablemente en la coquización.
(19)
Véase libro The Institute of Petroleum, “Moderna Tecnología del Petróleo”, Editorial Reverté S.A., 1963, Gentileza de ENAP.
78
También en los carburantes Diesel se incluyen aditivos para mejorar la calidad. En la mayor parte de los casos se utilizan conjuntos de aditivos con efectos múltiples. La concentración total de los aditivos normalmente no excede el 0,1%, por lo cual no varían las magnitudes características de los carburantes, como son la densidad, la viscosidad y la zona de ebullición. Los correctores de fluencia constan de substancias poliméricas que generalmente solo se adicionan en invierno (ver comportamiento en frío).
Los correctores del encendido son ésteres del ácido nítrico de alcoholes, que influyen favorablemente en la combustión del carburante Diesel en cuanto a la emisión de ruidos y partículas.
Los aditivos de limpieza deben: Garantizar la limpieza en el sistema de admisión para la mejor preparación de la mezcla y Reducir o evitar la coquización de las toberas de inyección.
Los inhibidores de la corrosión evitan la corrosión de las piezas de metal en el caso de arrastre de agua en el sistema de combustible.
Los inhibidores de espuma facilitan el proceso de llenado del depósito de combustible.
En algunos países o ciudades (Suecia, California) se promueven mediante incentivos fiscales la utilización de carburantes “respetuosos con el medioambiente” para reducir las materias contaminantes. En ellos se ha bajado el punto final de destilación y el contenido de hidrocarburos cíclicos aromáticos y prácticamente eliminado el azufre. Al introducirse estos carburantes surgieron en algunos casos problemas muy notables de desgaste en los dispositivos de inyección y de ataque en los materiales elastómeros. Para evitar este tipo de daños son necesarios aditivos especiales.
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La gasolina constituye una fracción liviana del petróleo, que en la destilación del mismo se extrae en segundo lugar, después del gas licuado que es el corte más liviano. Las gasolinas se obtienen a partir de la refinación del petróleo crudo, siendo una mezcla de más de 200 hidrocarburos componentes, en el rango desde Butano (parafina con solo cuatro átomos de carbono) a Metil-naftaleno (aromáticos con once átomos de carbono), pequeñas cantidades de hidrocarburos más ligeros y más pesados, cantidades muy pequeñas (normalmente, 0,25%) de impurezas del petróleo crudo tales como azufre y nitrógeno, más un porcentaje muy bajo de aditivos empleados para conseguir unas buenas características. Estas características de una gasolina particular están fuertemente influenciadas por los tipos y proporción de los hidrocarburos que esta contiene. Es así, que en una gasolina debe existir una mezcla balanceada de sus componentes, de acuerdo a su forma (grupo al que pertenece) y tamaño (ligero, medianos, pesados), aportando sus propiedades al producto final, el que debe cumplir con los requerimientos de uso en motores para variadas condiciones de servicio. Para ilustrar esto, por ejemplo: Los hidrocarburos parafínicos ramificados son deseables por su alto octanaje y promueven una combustión limpia. Por otra parte, existen componentes que por su reactividad, tienden a oxidarse, ya sea en fase vapor o líquida y a formar depósitos. Los hidrocarburos
menos reactivos son los parafínicos ramificados y los más reactivos son los aromáticos y diolefinas. Para estos efectos las gasolinas se obtienen de varias fuentes de refinación, siendo el origen de los principales componentes, además de la destilación directa, el craking catalítico, reformato, isomerización hidrocraking y alquilación. Cuando se destilan petróleos crudos de los tipos más comunes, se obtiene alrededor de un 15% de gasolina. Esta gasolina esta formada mayoritariamente por moléculas simples de hidrocarburos lineales, las cuales tienen un bajo octanaje. En otras palabras, una gasolina de destilación típica no supera los 70 octanos. Como la gasolina necesita un octanaje mayor para poder ser utilizada en los vehículos, se han desarrollado procesos químicos que permiten modificar la forma de las moléculas a fin de conseguir componentes de mayor octanaje. De este tipo son los procesos de Isomerización y Reformación Catalítica. El primero permite obtener a partir de moléculas lineales de 5 a 6 átomos de carbono (n-parafinas), otra s moléculas cuyos átomos están dispuestos en forma ramificada (isoparafinas), que tiene un octanaje de alrededor de 90. La reformación en cambio, transforma las moléculas lineales más largas (7 a 10 átomos de carbono) en moléculas de compuestos aromáticos, cuyos átomos de carbono se disponen formando anillos. Los aromáticos tienen octanajes que superan los 100 octanos. En todo caso, en estos procesos se consigue una conversión sólo parcial de las moléculas, que depende de las condiciones de operación y los catalizadores empleados. Además algunas moléculas se transforman en componentes más livianos que tendrán que usarse como gas de refinería o gas licuado.
80
Debido a la demanda del consumo de gasolina, se concluye que es necesario transformar en gasolina, mediante algún mediante algún proceso químico, una parte de las fracciones más pesadas de petróleo. Para ello se han desarrollado los procesos de craqueo, que permiten virtualmente cortar moléculas con más de 15 átomos de carbono, para obtener moléculas de gasolina. Dentro de estos, actualmente se emplea ampliamente el Craqueo Catalítico, que utiliza un agente catalizador que facilita la ruptura de las moléculas. La gasolina producida mediante el craqueo contiene una mayor proporción de olefinas, que como ya se vio anteriormente en el Capitulo de petróleo, es un tipo de moléculas con enlaces dobles entre algunos de sus átomos constituyentes, junto con algunas isoparafinas de 6 a 10 átomos de carbono. Gracias a dichos componentes, esta gasolina tiene un octanaje de alrededor de 90. Cuando se mezclan finalmente las diferentes gasolinas producidas en la refinería, se obtiene un producto con un octanaje que oscila entre 88 y 90. Para poder fabricar gasolina especial de 93 octanos, será necesario utilizar un aditivo que permita conseguir el octanaje requerido. El aditivo de mayor uso mundialmente es el , cuyo efecto es tan intenso que basta con unas pocas gotas por litro para incrementar el octanaje en las 3 a 5 unidades que le faltan. CH3 TEL:
CH2
CH3 – CH2 – Pb – CH2 – CH3
CH2 CH3
Diferentes normas nacionales e internacionales determinan requerimientos mínimos de los combustibles para motores de gasolinas.
los
Se diferencian entre carburante (o ) y (o ). Este último es más antidetonante y se emplea en motores de mayor relación de compresión. Además rigen diferentes características de volatilidad para las diferentes regiones y para verano e invierno. Muchos aspectos pueden distinguir la calidad relativa de las mezclas de gasolina. Los más importantes son:
2. . se refiere a la capacidad de la mezcla combustible-aire para propagar una llama suavemente a través de la cámara de combustión, siguiendo el encendido de la bujía sin autoencendido del gas final. El número de octano es la unidad generalmente aceptada como una medida de la resistencia del combustible a la combustión con picado. Puesto que el poder antidetonante ha sido muy utilizado para clasificar la gasolina de motor como
81
normal o super, el término “alto número de octano” se ha hecho casi sinónimo de excelencia.
es el término empleado para indicar la proporción conveniente de los hidrocarburos de diversos puntos de ebullición para asegurar el arranque fácil, alcance rápido de temperatura de funcionamiento, poco gasto por 100 km, inexistencia de tapones de vapor, mínimas pérdidas por evaporación y ausencia de dilución en el cárter. El arranque fácil y pronto alcance de la temperatura de funcionamiento se mejoran aumentando la proporción de los hidrocarburos de bajo punto de ebullición (volátiles), pero el uso de estos componentes volátiles aumenta también las pérdidas por evaporación y la tendencia de la gasolina a formar tapones de vapor. Los componentes de elevado punto de ebullición proporcionan más contenido de energía por unidad de volumen, pero tienen que compensarse para prevenir la excesiva dilución en el cárter, lento alcance de la temperatura de funcionamiento y excesivos depósitos en la cámara de combustión. Otras características de volatilidad que pueden considerarse son bajo contenido de azufre, bajo contenido de gomas, aditivos antioxidantes, aditivos anticongelantes, detergentes, lubricantes de la parte superior de los cilindros y aditivos para prevenir el preencendido. Las muchas combinaciones de hidrocarburos líquidos que componen la gasolina son parcialmente más o menos propensas al encendido o al picado y parcialmente más o menos reacias al encendido, es decir antidetonantes. Uno de esos compuestos, el isooctano (ver Fig. 5), es muy antidetonante, por lo tanto se puede tomar como modelo o prototipo de los demás compuestos hidrocarburados de una gasolina. Por el contrario, otro de esos compuestos, el heptano normal, es especialmente propicio al picado, constituyendo el más
desfavorable de entre todos los compuestos de una gasolina. Se puede, con estos dos hidrocarburos opuestos, reproducir mediante combinaciones adecuadas los distintos comportamientos, en cuanto a “picado” se refiere, de las distintas gasolinas. Se realizan para ello, en un motor de ensayo con relación de compresión ajustable, mediciones comparadas hasta el comienzo del “picado” entre una gasolina del comercio y un combustible patrón constituido por isooctano y heptano normal. Si el comportamiento de la gasolina ensayada coincide, por ejemplo, con el de una gasolina-patrón compuesta por 95% de isooctano y 5% de heptano normal, se dirá que aquella gasolina tiene un Octanaje o un Número de Octano (NO) igual a 95 octanos. Para todas los gasolinas se utiliza el mismo sistema de medición.
La densidad varía entre 700 y 780 kg/m 3. Los carburantes tienen más densidad lospotencia normales a causa del mayor contenido de aromáticos y por ello tambiénque más calorífica inferior.
El índice de octanos, como ya se dijo, caracteriza la resistencia al picado de un combustible para motor de gasolina. Cuanto mayor es el número de octanos, más resistente al picado es el combustible. Para su determinación se utilizan internacionalmente dos procedimientos diferentes: El número de octanos investigados (RON) y el número de octanos motor (MON).
82
. Se llama llama así al número de octanos
investigado. Puede considerarse como indicativo para el picado en la aceleración.
. Se llama así al número de octanos motor.
Describe principalmente las características en relación al picado a altas velocidades. El método motor se diferencia del investigado por el precalentamiento de la mezcla, mayor número de revoluciones y diferente ajuste del punto de encendido, con lo que se le da mayor solicitación térmica al combustible analizado. Los índices MON son inferiores a los RON. El número de octanos hasta 100 indica el porcentaje de volumen de isooctano C8H18 (2,2,4 trimetilpentano) contenido en una mezcla con n-heptano (heptano normal) C7H16 la cual muestra la misma tendencia, como ya se dijo anteriormente, al picado en un motor de comprobación que el carburante que se analiza. Al isooctano con muy altas cualidades de antidetonancia se le asigna el número 100 de MON o RON, mientras que al n-heptano con máxima tendencia al picado se le da el 0.
La gasolina normal es muy poco antidetonante. Sólo se puede conseguir un combustible con suficiente índice de octanos, mezclándolo en la refinería con componentes resistentes al picado. Para ello hay que procurar tener el nivel de número de octanos más alto posible en todo el campo de temperaturas de ebullición. Como ya se sabe, los hidrocarburos con estructura molecular en forma de anillo (aromáticos) y con cadenas ramificadas (isoparafinas) son más
resistentes al picado que los de moléculas de cadena lineal (n-parafinas). Las adiciones de número compuestos de oxígeno Etanol), aactúan positivamente sobre el de octanos, pero (Metanol, pueden conducir otras dificultades (los alcoholes elevan la volatilidad y pueden crear problemas en los materiales).
Las gasolinas consisten esencialmente en mezclas de hidrocarburos, con temperaturas de ebullición desde los 30 ºC hasta los 200 ºC. La volatilidad de una gasolina es usualmente expresada en términos del porcentaje de volumen que se evapora a ciertas temperaturas fijadas. El gráfico del porcentaje evaporado contra la temperatura se conoce como “Curva de Destilación”. (ver capítulo de pruebas de combustibles y lubricantes) La volatilidad es la tendencia del combustible a vaporizarse, es decir, que tan fácilmente se evapora el combustible. El término volatilidad también supone que los vapores permanecerán en el tanque o en la línea de combustible y causarán cierta presión con base en la temperatura del mismo. Una gasolina que vaporiza con mucha facilidad puede causar decrecimiento del flujo de combustible al motor, ocasionando operación dificultosa llegando a la detención del motor. Inversamente, gasolinas que no vaporizan con suficiente facilidad pueden causar dificultad en la partida y malas condiciones de calentamiento y aceleración, como también, una distribución desigual de combustible en cada cilindro, causando detonación.
83
Para garantizar un buen funcionamiento, las características de volatilidad de los carburantes para motores de gasolina deben cumplir altos requerimientos. Por un lado deben contener una gran proporción de componentes fácilmente volátiles para garantizar un arranque en frío seguro. Por otro lado no deben ser demasiado volátiles para no provocar problemas a temperaturas altas en los arranques en caliente ni problemas de marcha (bloqueo de vapor).
Para el comportamiento del motor son importantes tres zonas de la curva de destilación que se caracterizan por la fracción evaporada a tres temperaturas. El volumen evaporado hasta 70 ºC debe ser grande para arrancar fácilmente el motor en frío, pero no demasiado grande para evitar burbujas de vapor con el motor caliente. La fracción de combustible evaporada hasta los 100 ºC determina, además del comportamiento en caliente, ante todo la disponibilidad de servicio y la reacción a las motores calientes. El volumen evaporado hasta los 180aceleraciones ºC no debe de ser los demasiado pequeño para evitar que el aceite lubricante quede demasiado diluido, especialmente con el motor frío. (ver dilución en el cárter).
Esta magnitud es indicativa de la tendencia de un combustible a la formación de burbujas. Es el volumen de vapor producido por una unidad de carburante a una contrapresión definida y a una temperatura determinada. Si baja la contrapresión (por ejemplo, en rutas de montaña) y sube la temperatura, entonces aumenta la proporción vapor-líquido, lo cual lleva a mayores defectos de funcionamiento.
La dilución del aceite lubricante con las fracciones más pesadas de la gasolina es más o menos inevitable, ya que, por lo general, la mezcla que entra en el cilindro no tiene completamente evaporadas las fracciones más pesadas. Este fenómeno esta exagerado en los periodos de arranque y puesta a la temperatura de régimen, pero se reduce a un mínimo con la aplicación correcta de calor al colector y la temperatura normal de funcionamiento del motor. El punto de rocío indica la temperatura mínima de la mezcla necesaria para la evaporación completa del carburante para una relación aire/combustible dada. Evidentemente, cuanto más alto es el punto del 90% será más alta la temperatura de la mezcla para la evaporación completa o para una evaporación parcial dada. Por esta razón el punto del 90% no debe ser excesivamente elevado y más bajo en invierno que en verano si no se quiere obtener una excesiva dilución en el cárter.
La evaporación y pérdida de las fracciones más ligeras de la gasolina en el depósito de combustible y en el carburador siempre tiene lugar. Estas pérdidas dependen de la presión de vapor Reid y de la temperatura ambiente. La pérdida en los depósitos de gasolina a un cuarto de su capacidad es, aproximadamente, un 60% mayor que los que están llenos hasta la mitad y estos, a su vez, son mayores que los que están totalmente llenos.
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Las gomas que se presentan en la gasolina son pequeñas cantidades de productos de oxidación disueltos que no han sido evaporados, o que no se queman completamente. Aunque las concentraciones de gomas encontradas durante la elaboración del combustible no son grandes, ellas pueden aumentar a proporciones peligrosas durante el periodo de almacenamiento. Por encima de ciertos niveles, el contenido de gomas en la gasolina puede ser nocivo. Estas se pueden acumular en el tanque de combustible, en la bomba y el sistema de inducción, donde tiende a interferir en la acción de las partes móviles, tapando la entrada al carburador o al sistema de inyección y otras veces, obstruyendo el flujo de combustible; también puede causar atoramiento de las válvulas de admisión. Aunque un alto contenido de goma en la gasolina puede no dar un problema inmediato, su efecto es acumulativo y algunas reparaciones serán necesarias eventualmente. Esta es una situación difícil de diagnosticar y corregir y que puede ser dispendiosa.
El contenido de azufre y la acidez tienden a formar compuestos corrosivos que pueden atacar algunas partes del motor, dañándolas: estos compuestos corrosivos presentes en los gases de escape, al difundirse en la atmósfera contribuyen a los daños causados por la contaminación atmosférica. Por esto se prescribe que el azufre y la acidez no han de superar ciertos límites. Para la gasolina es especialmente importante el contenido de azufre, causa de corrosión en los cilindros y en las válvulas. El porcentaje de azufre no
debería ser superior al 1,2%.
Los aditivos determinan, junto a la composición de los hidrocarburos (componentes de la refinación), la calidad de los carburantes. En su composición entran substancias con diferentes efectos. Los aditivos deben estar muy bien comprobados y ajustados entre sí y no deben de tener efectos secundarios negativos. Por ello tiene sentido que sean dosificados y mezclados por el fabricante del carburante que con marcas especificas los transportan camiones cisterna de la refinería. La posterior adición de aditivos en el depósito del vehículo por parte del usuario debería evitarse.
Los productos protectores contra el envejecimiento adicionados al carburante aumentan su estabilidad en almacenamiento, en especial los productos del craqueo. Evitan la oxidación por el oxígeno del aire e imposibilitan la acción catalítica de los iones metálicos (desactivadores metálicos).
El mantener limpio todo el sistema de admisión (carburador, válvula de estrangulamiento, válvulas de inyección, válvulas de admisión) es la condición previa para mantener el ajuste de mezcla y de preparación óptimos en al condición de estado nuevo y con ello el funcionamiento sin interferencias y la minimización de los contaminantes en los gases de escape. Por este motivo el carburante debería llevar aditivos de limpieza eficaces (aditivos detergentes).
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La introducción de agua “por arrastre” puede corroer el sistema de combustible. Los aditivos contra corrosión pueden evitarla de forma muy eficaz creando una capa protectora por debajo de la película de agua.
Aditivos apropiados deben evitar la congelación de la válvula de estrangulamiento (congelación del agua contenida en el aire de la aspiración). Los alcoholes, por ejemplo disuelven los cristales de hielo, mientras que otros aditivos dificultan su formación en la válvula. Sólo tienen importancia en vehículos con carburador o con sistema de inyección.
De forma creciente se piden o exigen carburantes que respeten el medio ambiente (“Gasolina Ecológica”, “Reformulated Gasoline”) en regiones castigadas por contaminantes, en espacial en ciudades con alta densidad de tráfico. Para ello se exigen, por ejemplo, valores reducidos de presión de vapor, bajos contenidos de aromáticos, benzol y azufre, y también especificaciones especiales del punto de ebullición final. La inclusión de aditivos para mantener limpio el sistema de admisión es obligatorio para dichos carburantes en EEUU.
La tabla Nº3 relaciona los problemas del motor y volatilidad del carburante, indicando la influencia relativa de las tres fracciones a que da lugar el proceso de destilación de la gasolina (zonas de ebullición). Disminuyendo o aumentando la volatilidad en las fracciones indicadas se aliviará o eliminará el problema señalado. Aumentando las fracciones más pesadas del combustible aumentan las Kcal/l obteniéndose un mejor kilometraje. No obstante, esta variación tiende a aumentar la dilución del aceite y reduce la limpieza del motor.
Principal Principal
Insignificante Insignificante
Insignificante Insignificante
Principal Principal Principal Medio Insignificante
Medio Medio Medio Principal Principal
Insignificante Insignificante Insignificante Insignificante Medio
Insignificante Insignificante Insignificante
Principal Insignificante Insignificante
Medio Principal Principal
Insignificante
Insignificante
Principal
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Desde los años 20, se ha utilizado el plomo como aditivo para aumentar la calidad de combustión (antidetonante) de la gasolina, medida por su índice de octano, ya que el plomo ha sido la forma menos costosa, desde el punto de vista económico y energético para obtener calidad octanal en una refinería. En la actualidad, los autos requieren el uso de gasolinas con altos índices de octano por dos razones básicas; la primera es que si el índice de octano de la gasolina no es el adecuado para el índice de compresión del motor, ocurrirá lo que se conoce como golpeteo del motor debido al autoencendido de la gasolina, lo cual ocasiona pérdidas en el rendimiento y puede dañar el motor de forma catastrófica; y la segunda, es que mientras más elevado sea el octanaje, mayores serán los índices de compresión permitidos en los motores, con lo cual, aumentan el rendimiento y la economía de combustible de los mismos. La combustión del carburante en un motor de combustión interna genera una serie de emisiones contaminantes, las cuales dependerán del tipo y calidad del combustible utilizado, de la relación aire/combustible, del sistema de suministro del combustible, del sistema y tiempo de encendido, de la energía del encendido, de la relación de compresión, de la temperatura de combustión, del régimen de carga y del tratamiento ulterior de los gases de escape. Sin embargo, un estricto programa de inspección y mantenimiento del motor puede lograr disminuciones de las emisiones contaminantes hasta en un 40%; aún así, esta disminución no es suficiente en las grandes ciudades, caracterizadas por enormes flotas vehiculares; fue así, como surgió la idea del diseño de vehículos con control de emisiones, caracterizados por un dispositivo denominado convertidor catalítico, cuya función básica es la transformación de HC, CO y NOx en CO2, vapor de agua, N2 y O2, sin embargo, este dispositivo no puede
operar en presencia de plomo, por lo que surgió la necesidad de eliminar el plomo de las gasolinas. La gasolina para motores debe presentarse libre de sedimentos y límpida a la temperatura tempera tura ambiente o a 21° 21°C, C, considerando la más alta de las dos. No debe contener agua ni materias en suspensión. Pueden adicionarse al producto agentes antidetonantes, anticorrosivos, anticongelantes, detergentes, colorantes, marcadores y otros aditivos para mejorar las condiciones de operación y mantención de los motores. La gasolina con plomo, como se dijo anteriormente, contiene como aditivo el Tetraetilo de Plomo para mejorar el octanaje, al arder, los residuos de plomo poco volátiles se van depositando sobre los asientos de las válvulas de escape. El plomo es un metal blando, por lo que los depósitos de este metal tienen un efecto beneficioso sobre los asientos y guías de las válvulas, actuando como una excelente "almohada" que se renueva continuamente. La experiencia de uso ha demostrado que cuando se utiliza gasolina sin plomo (en motores diseñados, aproximadamente, antes del año 1980), los asientos de las válvulas se deterioran con rapidez. La investigación del problema ha permitido determinar que cuando la válvula aprieta contra su asiento en ausencia de plomo, se produce un fenómeno de micro soldadura, que hace que la válvula vaya arrancando material del asiento, causándole un grave deterioro. El efecto se acelera y es más pronunciado si hacemos trabajar el motor a altos regímenes de vueltas
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(R.P.M.) y/o altas cargas del motor, pues ambas ambas crean más temperaturas y presiones en la cámara de combustión.
Destilación: Punto Inicial 10% 50% 90% Punto Final Residuo Pérdida Azufre Plomo Número Octano Color Corrosión Lámina de Cu Goma Existente Estabilidad a la Oxidación Presión de Vapor Reid
NCh 66
ºC (ºF) ºC (ºF) ºC (ºF) ºC (ºF) ºC (ºF) % % % m/m g/L
Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Mín.
Nº Máx. mg/100ml Máx. min Mín. kPa (psi)
Máx.
(*)(5)
--70 (158) 121 (250) 190 (374) 225 (437) 2 --0.15 0.10 (*) 0.6 0.4 (*) 93.0 (&) 1 5 240
NCh 1896, 2294 (1) NCh 2329, 1897 (2) NCh 1854 NCh 70 NCh 1844 NCh 1853
69 (10.0) (3) NCh 1845, 2328 86 (12.5) (4) 62 (9.0)
79
(11.5)
(*)(6) (&): El colorante agregado a la gasolina RON 93 con plomo confiere a este producto el color ROJO. (*): Requerimientos válidos sólo para la Región R egión Metropolitana. (1): Como métodos alternativos pueden utilizarse las normas n ormas NCh 71/1 y NCh 23 2325 25 (2): Aplicar NCh 2329 para ambos tipos de gasolina, como métodos alternativos pueden usarse las normas NCh1843 y NCh 2350. Aplicar NCh 1897 para ambos tipos de gasolina. Para determinación en terreno puede utilizarse la norma NCh 2352. (3): Para uso en verano, 1º de Octubre al 30 Abril. (4): Para uso en invierno, 1º de Mayo al 30 de Septiembre. Valor permanente en las regiones XI y XII. (5): Para uso en verano, 1º de Septiembre al 31 de Ma Marzo rzo (Región Metropolitana). (6): Para uso en invierno, 1º de Abril al 30 de Agosto (Región Metropolitana).
En motores diseñados con posterioridad al año 1985 y hasta el año 1992 (motores que usen gasolina con plomo), aproximadamente, se puede usar gasolina sin plomo debido a que los materiales utilizados para su construcción son de mejor calidad, y no son dependientes del plomo para evitar el fenómeno de micro soldadura, sin embargo, es recomendable guiarse siempre por lo que el fabricantesin aconseje cada tipo de motor. Por otra parte, con el plomo, utilizar combustible plomo enpara automóviles diseñados para usar gasolina se incrementa la contaminación ambiental (véase gasolina sin plomo). Para proteger el medio ambiente se debería utilizar solamente la gasolina con plomo en aquellos motores cuyas válvulas de escape utilizan los productos de la combustión de los alquilatos de plomo para la lubricación. Esto concierne sólo a una pequeña proporción de algunos vehículos antiguos. La venta de gasolina con plomo retrocede constantemente. La gasolina de 93 octanos sin (20)
Tabla obtenida de Internet, dirección: www.shell.cl,. www.shell.cl ,. Ver NOTA al final del capítulo.
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plomo disponible en el mercado tiene la misma antidetonancia que la gasolina con plomo.
La gasolina sin plomo es, al igual que la gasolina con plomo, una mezcla de hidrocarburos, provenientes de la refinación del petróleo, que se usa como combustible en los vehículos gasolineros que tienen convertidor catalítico. Es la respuesta a los mayores requerimientos del diseño de motores modernos, tendientes a disminuir el nivel de emisiones incorporando el convertidor catalítico. La introducción de autos con convertidor catalítico para controlar las emisiones producidas en la combustión no hace posible seguir empleando el TEL para mejorar el octanaje de la gasolina, ya que el plomo desactiva los metales nobles del convertidor (platino, rodio y vanadio), inutilizándolo, por lo que no es recomendable utilizar gasolina con plomo en vehículos con convertidor catalítico. En consecuencia, es necesario buscar nuevas formas de conseguir un mayor octanaje en la refinería, para lo cual existen varias opciones, que se indican a continuación ordenadas de menor a mayor costo de implementación: 1. Operar los procesos catalíticos existentes, en condiciones que permitan obtener los mayores octanajes posibles. 2. Reemplazar los catalizadores catalizadore s empleados en los procesos de refinación, por
otros que generen un producto con mayor octanaje, como el Benceno o el Tolueno. 3. Adaptar, en los procesos existentes, modificaciones tecnológicas orientadas a mejorar el octanaje de la gasolina producida. 4. Instalar nuevos procesos, con tecnologías especialmente desarrolladas para maximizar el octanaje del producto. 5. Emplear aditivos orgánicos de alto octanaje, como el Metil-Terbutil-éter (MTBE) para obtener el grado de octanaje requerido. Según la relación de compresión y diseño de un motor, se requiere de una gasolina con un determinado octanaje, ya que estos factores están directamente relacionados, puesto que los gases al comprimirse se calientan y pueden auto encenderse antes que las bujías entreguen la chispa, lo que lleva una combustión desorganizada que entrega menos potencia y mayores exigencias mecánicas al motor. Los modernos motores de hoy en día tienen un elevado grado de compresión (relación de compresión 9,1:1), por lo que necesitan gasolinas de mayor octanaje. Con el octanaje preciso, es decir, el recomendado por el fabricante, el motor obtendrá su mejor rendimiento. El uso de un octanaje menor al requerido, hará que el motor trabaje mal y se deteriore con el tiempo, en cambio, el uso de la gasolina con un mayor octanaje no proporciona beneficio alguno. Si en un motor se utiliza gasolina de un octanaje mayor que el recomendado por el fabricante, se producirán entre otros, los siguientes efectos para el motor y el usuario: 1. No habrá mayor potencia puesto que, esta depende de la relación de compresión del motor y no el octanaje de la gasolina que se le ponga.
89
2. Tampoco se alcanzara un mayor rendimiento térmico, ya que los poderes caloríficos de la gasolina de 93, 95 y 97 octanos son muy similares. (ver tabla Nº6 ) 3. Al utilizar un combustible con mayor o menor octanaje, no se mejora el rendimiento o kilómetros recorridos por litros de gasolina utilizada. 4. Sólo se hará un mayor gasto de dinero por litro.
NCh 66
Destilación: Punto Inicial 10% 50% 90% Punto Final Residuo Pérdida Azufre
ºC (ºF) ºC (ºF) ºC (ºF) ºC (ºF) ºC (ºF) % % % m/m
Plomo
g/L
Número Octano Color Corrosión Lámina de Cu Nº
Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Máx. Mín. (3) Máx.
--70 (158) 121 (250) 190 (374) 225 (437) 2 --0.10
NCh 1896, 2294 (1) 0.013 NCh 2329, 1897 (2) 93.0/95.0/97.0 NCh 1854 (&) 1
NCh 70
Goma Existente mg/100ml Máx. Estabilidad a la min Mín. Oxidación Presión de Vapor Reid kPa (psi) Máx.
5 240
NCh 1844 NCh 1853
69 (10.0) (4) NCh 1845, 2328 86 (12.5) (5) 62 (9.0)
(*)(6) 79
(11.5)
(*)(7) (&): El color verde exigido para las gasolinas sin plomo RON R ON 93, 95 y 97 corresponde sólo a una especificación interna de Shell Chile. Este NO es un requerimiento oficial de la NCh 64. “Gasolina para motores de ignición por chispa” (*): Requerimientos válidos sólo para la Región R egión Metropolitana. (1): Como métodos alternativos pueden utilizarse las normas n ormas NCh 71/1 y NCh 23 2325 25 (2): Aplicar NCh 2329 para ambos tipos de gasolina, como métodos alternativos pueden usarse las normas NCh1843 y NCh 2350. Aplicar NCh 1897 para ambos tipos de gasolina, como método para gasolina sin plomo puede puede usarse la NCh 2351; para determinación en terr terreno eno puede utilizarse la norma NCh 2352. (3): Valor RON mínimo de acuerdo a denominación comercial de la gasolina: Gasolina s/plomo 93, etc.uso en verano, 1º de Octubre al 30 Abril. (4): 95 Para (5): Para uso en invierno, 1º de Mayo al 30 de Septiembre. Valor permanente en las regiones XI y XII. (6): Para uso en verano, 1º de Septiembre al 31 de Ma Marzo rzo (Región Metropolitana). (7): Para uso en invierno, 1º de Abril al 30 de Agosto (Región Metropolitana).
(21) (9)
www.shell.cl,. ,. Ver NOTA al final del capítulo. Tablas obtenidas de Internet, dirección: www.shell.cl
90
Poder calorífico inferior Btu/lb Octanaje motor Saturados % Olefinas % Aromáticos % Viscosidad cinemática a 38 °C cst
18480 18250 18450 81.5 81.5 83.9 55.9 39.9 40.6 21.2 29.4 18.6 22.9 30.7 40.8 0.52 0.52 0.53
18650 86.2 41.3 7.8 50.9 0.54
TODOS LOS MODELOS TOWNER AG 2.8 V.G. SG 2.2 TURBO SG 4.2 – 4.2 – A8 4.2
A4 1.8 A4 1.8 TURBO
ROCKY – GIRO 1.0
TODOS MODELOS TODOS MODELOS TODOS MODELOS TODOS MODELOS TODOS MODELOS TODOS
LOS LOS LOS LOS TODOS MODELOS LOS LOS FEROZA
LOS
CHARADE SEDAN
MODELOS ROCKY – GIRO 1.0 CHARADE SEDAN TODOS LOS TODOS LOS MODELOS MODELOS TODOS LOS MODELOS TODOS LOS EUROESCORT MODELOS FIESTA EXCEPTO EUROPEO O DE EUROESCORT Y BRASIL FIESTA TODOS LOS MODELOS TODOS LOS SONATA GL-H 100 MODELOS EXCEPTO GALLOPER SONATA GL-H 100 Y GALLOPER TODOS LOS MODELOS TODOS LOS
TODOS MODELOS
MODELOS TODOS LOS MODELOS LOS SÓLO MODELOS 21080 – 21083 21090 – 21093 21099 TODOS LOS MODELOS TODOS LOS
(10)
Tabla obtenida de Internet, dirección www.shell.cl www.shell.cl,. ,. Ver NOTA al final del capítulo.
91 MODELOS
TODOS LOS SÓLO MODELOS MODELOS 929 – 626 EXCEPTO 929 – 626
TODOS MODELOS
TODOS LOS MODELOS EXCEPTO GALANT 2.0 MONTERO 3.5
P 405 SR (EXPORT. COL)
LOS LANCER 1.6 GALANT 2.0 MONTERO 3.5
TODOS LOS MODELOS EXCEPTO D-21 TERRANO II PATHFINDER TODOS LOS MODELOS TODOS LOS 505 TT MODELOS EXCEPTO 405 (EXP.CO) – 505 TT 911 CARRERA 95-96 TODOS LOS TURBO MODELOS EXCEP. 911 CARRERA 95-96 TURBO TODOS LOS MODELOS TODOS LOS ECLAIRE 1.8 MODELOS EXCEPTO ECLAIRE 1.8 TODOS LOS MODELOS TODOS LOS
IBIZA CORDOBA MOTOR ABU Y IF FORMAN – FAVORITE PICK UP
ESCARABAJO COMBI
FAMILY IBIZA CORDOBA MOTOR ABD Y AEX FELICIA
MODELOS MUSSO
MODELOS TURBO TODOS LOS MODELOS EXCEPTO LEGACY E IMPRESA MODELOS TURBO LEGACY E IMPRESA TODOS LOS MODELOS TODOS LOS MODELOS TODOS LOS MODELOS EXCEPTO ESCARABAJO COMBI TODOS LOS S70 T – V70 T MODELOS EXCEPTO S70 T - V70 T
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NOTA: Con esta tabla se ha querido generalizar, pudiendo quedar excluida alguna marca, por no contar con los datos, datos, por ende, es de uso sólo referencial.
Números de Octano aproximados necesarios para motores de distintas relaciones de compresión.
En la gasolina sin plomo se debe alcanzar un octanaje similar al de las gasolinas plomadas, por lo que se utilizan otros compuestos que tienen mayor octanaje, pero son más agresivos desde el punto de vista de la contaminación. Este combustible se puede emplear debido a que el sistema anticontaminante asegura que los compuestos agresivos residuales se combustionarán en el convertidor catalítico.
Por lo tanto, el uso generalizado de gasolina sin plomo en vehículos no equipados con control de emisiones puede producir un gran aumento de los niveles de ozono. Este efecto adverso, puede ser mucho más pernicioso que el beneficio de lograr menores emisiones de plomo. Lo anterior quedó demostrado en el caso de la ciudad de México, donde se introdujo gasolina sin plomo, para reducir el nivel de plomo en el ambiente. Simultáneamente con esto, los niveles de ozono de la ciudad se duplicaron, probablemente por el incremento de estos compuestos más agresivos en la nueva gasolina para los vehículos existentes. Por las razones antes expuestas, se puede concluir que el uso de la gasolina sin plomo es necesario y produce beneficios sólo para aquellos vehículos que cuentan con el sistema anticontaminante completo, incluyendo el convertidor catalítico y que en definitiva, es este sistema el que disminuye la emisión de contaminantes.
Las gasolinas para los motores de pistón de los aviones tienen un intervalo de ebullición cercano al de los motores de gasolina, es decir, tienen menos componentes de bajo y de alto punto de ebullición. Los componentes de bajo punto de ebullición se eliminan para evitar las bolsas de vapor, evitar el congelamiento en el carburador y reducir las pérdidas por evaporación en tierra y en el aire. Los componentes de punto de ebullición elevado se eliminan para proporcionar una mejor distribución en los cilindros y reducir la dilución en el cárter. La especificación militar MIL-G-5572E cubre tres grados de combustible de aviación (los tres grados se especifican en la tabla Nº8). Las
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especificaciones aplicables a los tres grados de las gasolinas militares se encuentran en la tabla Nº9). Los diversos grados de gasolinas de aviación están coloreados con colorantes para reducir la posibilidad de la utilización de un grado incorrecto. Los colores van desde el rojo, para las de un grado antipicado más bajo, al verde y púrpura, respectivamente, para los otros dos grados restantes de combustibles con antipicados más altos.
*
80/87
Rojo
0.50
80
87
100/130 115/145
Verde Púrpura
4.60 4.60
100 115
130 145
* Las estimacio estimaciones nes de detonancia por encima de 100.0 se mencionan como número de rendimiento.
Destilación: Combustible evaporado, al 10% mínimo Combustible evaporado, al 40% máximo Combustible evaporado, al 50% mínimo
75 ºC (176 ºF) 75 ºC (176 ºF) 105 ºC (221 ºF)
Combustible evaporado, al 90% mínimo Punto final, máximo Suma de las temperaturas de evaporación del 10% y del 50%, mínima Volumen de residuo, máximo, % Pérdida por destilación, en volumen, máxima % Goma existente, máxima, mg/100 ml Goma potencial, 16 hrs de envejecimiento, máxima, mg/100 ml Precipitado, máximo, mg/100 ml Azufre, máximo, % en peso Presión de vapor Reid a 40 ºC (100 ºF), mínima, lb/pulg 2 Presión de vapor Reid a 40 ºC (100 ºF), máxima, lb/pulg 2 Punto de congelación, máximo Corrosión lámina de cobre, máxima Reacción de agua: Estimación interfacial,máxima Cambio de volumen, máximo, ml Poder calorífico: Calor neto de combustión, mínimo, Btu/lb Producto de la densidad de anilina, mínimo
135 ºC (275 ºF) 170 ºC (338 ºF) 153 ºC (307 ºF) 1.5 1.5 3.0 6.0 2.0 0.05 5.5 7.0 -60 ºC (-76 ºF) Nº 1 2 2 18.700 * 7.500
* Para el grado 115/145, los l os mínimos son 18.900 y 9.800.
El primer número de la designación del grado se aplica a mezclas pobres en las condiciones de crucero, para lograr la máxima economía, y el segundo (24) (12)
Tablas obtenidas del libro “Marks Manual del Ingeniero Mecánico”, Octava Edición, Volumen II, c Editorial M Graw Hill, año 1990. Ver NOTA al final del capítulo.
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número se aplica a mezclas ricas en condiciones de despegue, para suministrar la potencia máxima. Los valores por debajo de 100 se expresan como octanaje y por encima de 100 como números de performance. Los métodos desarrollados para medir las características antidetonantes en condiciones de mezclas pobres y en condiciones de mezclas ricas son a través de las pruebas ASTM D 2700 y ASTM D 909, respectivamente.
Se conoce como kerosene, a un conjunto de destilados empleados como combustibles para lámparas y calefacción doméstica (cocinas y estufas) que requieren un producto menos volátil que la gasolina. También se conoce con este nombre los destilados de análogas características empleados como carburantes en motores livianos, ya sea de vehículos (tractores especialmente), motores fijos de pequeño tamaño y aviones a reacción (jet fuel). Este doble papel de combustible doméstico y carburante de motores, clasifica al kerosene en dos tipos:
2. Desde el punto de vista de su fabricación, el kerosene puede ser de o resultante de . Las propiedades generales del kerosene resultan del doble uso indicado. Debe ser de un corte de baja viscosidad y de punto de inflamación mayor que la gasolina, bien refinado de modo que sea de color estable y exento de olor
desagradable, con un contenido de azufre relativamente bajo (menos de 0,2% en peso) y libre de hidrocarburos que arden con llama fuliginosa (que produce hollín). Las propiedades indicadas se encuentran en el destilado de crudos de bases parafínicas, nafténicas e intermedias que se destilan inmediatamente después que la gasolina, en el rango de 170 a 270 ºC (390 a 520 ºF) de gravedad específica de alrededor de 45º API. En una combustión ordinaria, los hidrocarburos no se queman directamente como tales, sino que sufren previamente un proceso de descomposición térmica (craking) por la temperatura de la llama, a consecuencias del cual se descomponen en compuestos más livianos y carbono libre. Los primeros se vuelven a descomponer a su vez en otros todavía más simples hasta que estos últimos se queman finalmente dando CO 2 y agua; por su parte el carbono, incandescente por la temperatura de la llama (a la que vuelve luminosa), se oxida directamente a anhídrido carbónico en la periferia de la llama. Si el contenido original de carbono de los hidrocarburos es muy alto, el que se libera en el proceso de craking no tiene el aire suficiente para su combustión completa, de lo que resulta entonces que la llama humea, depositándose hollín en las partes más frías (tubo de la lampara). Entre los diversos tipos de hidrocarburos, los más ricos en carbono, es decir, los que tienen la relación C/H más altas son los aromáticos, siguiéndoles los nafténicos y luego los olefínicos y parafínicos. Resulta de lo anterior entonces, que las cualidades combustibles del kerosene en las mechas de las lamparas están íntimamente ligadas a su composición química. Los hidrocarburos parafínicos serán por lo tanto los mejores, siguiéndoles los
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olefínicos, nafténicos y por último los aromáticos, en orden inverso al aumento de la relación C/H. El punto de humo indica la composición del tipo de hidrocarburos contenidos en el combustible. Como regla general se dice que a mayor cantidad de aromáticos se tiene una mayor tendencia a la formación de humo en la llama o por otro lado se tiene que un alto punto de humo indica una menor tendencia del combustible a producir humo. El punto de humo es una medida arbitraria de la tendencia a humear de la llama de kerosene al quemarse en una lámpara. Se define como la altura máxima expresada en milímetros, que puede alcanzar la llama de una lámpara estandarizada, sin que se produzca hollín. Mientras más bajo sea el punto de humo, más fácilmente se coquifica la mecha y más hollín producirá la llama. Para que la llama no humee, se debe reducir la altura de la mecha ya que el aire de combustión no se mezcla previamente con el combustible líquido. El punto de humo para los hidrocarburos parafínicos puros, es del orden de 70 mm, para los nafténicos de 25 mm y no alcanza a llegar a 8 mm en los aromáticos. Los kerosenos que se encuentran en el mercado, tienen puntos de humo comprendidos entre 20 y 30 mm según su refinación. El keroseno de la refinería de Con-Con, por ejemplo, debe tener un punto de humo no inferior a 24 mm(26), según sus especificaciones. Por la tendencia que tienen los productos de craking a ser inestables en color y formar gomas, así como por su mayor contenido de aromáticos que los de destilación directa, al emplearse los kerosenos de craking en artefactos domésticos, demuestran cualidades combustibles inferiores a los de destilación directa del mismo crudo, prefiriéndose emplearlos como carburantes en
motores, es decir como kerosene de tractores. Además los hidrocarburos aromáticos de alto peso molecular y las olefinas superiores, tienden a producir depósitos de coke en las mechas, lo que acorta su duración e interfiere en la alimentación y forma de la llama. El rango de destilación del corte de kerosene gobierna fundamentalmente su volatilidad, y por lo tanto su punto de inflamación. Este último es, por naturaleza, mayor que el de la gasolina y se controla exactamente, especificándose siempre. Por razones de seguridad, el punto de inflamación debe ser relativamente alto (generalmente sobre 100º F), pero no tanto que dificulte el encendido de los artefactos domésticos, razón por la que es conveniente tener un punto inicial más bajo y dentro del rango de la gasolina, aun cuando el punto del 10% debe estar sobre 180º F. El rango de destilación del kerosene depende prácticamente de la cantidad que se pueda o desee obtener de un petróleo crudo. Si este es parafínico y liviano se llega hasta un 12%, en otros casos de crudos pesados y nafténicos solo se puede obtener del 2 al 4% o incluso no se extrae de las torres de crudo. Los motores a parafina son de explosión (bujía) y de baja compresión. Necesitan por lo general un mecanismo de calentamiento para la vaporización en el tubo múltiple de admisión, ofrecen dificultades en la partida y producen fácilmente dilución del aceite del cárter.
(26)
Gentileza de ENAP: G. de la Piedra C., “Apuntes de Tecnología del Petróleo”, 2ª edición, Diciembre 1956,
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La carburación pobre y la distribución defectuosa de la mezcla en los cilindros, que contribuyen a una combustión incompleta, a preencendido y golpeteo, han sido solo parcialmente eliminados en los motores. El número de octano del kerosene de tractores es muy bajo, varía entre 10 y 50 según el contenido de fracciones livianas, y no puede mejorarse substancialmente por la adición de agentes detonantes. Tiene una densidad algo mayor que el de destilación directa y un punto de 90% superior (por ejemplo, de 500 a 550 ºF, según los tipos, en tanto que el de lámpara está por lo general bajo 460 ºF).
El kerosene se utiliza también como solvente en procesos de absorción de gasolina natural de los gases de pozos petrolíferos, como constituyente para insecticidas, etc. y en preparaciones farmacéuticas; pero indudablemente su uso principal, fuera del doméstico, es como carburante de motores. Requisitos generales El kerosene debe presentarse a simple vista, limpio, transparente, libre de sedimentos, agua y partículas en suspensión. Pueden adicionarse aditivos y colorantes, siempre que las propiedades del kerosene se mantengan dentro de los límites establecidos en esta norma. La cantidad de azufre presente en el kerosene, debe ser lo más bajo posible, con el objetivo de evitar cualquier tipo de corrosión, como así también
malos olores y posibles daños a la salud de los usuarios. El kerosene debe cumplir con los requisitos generales que se especifican en la siguiente tabla:
Color Saybolt Color Destilación: Punto final Punto de inflamación Azufre Viscosidad Cinemática a 40 ºC Corrosión en Lamina de Cobre (3 hrs, 100 ºC) Punto de Humo
mínimo
ºC (ºF) ºC (ºF) %
máximo mínimo máximo
cSt Nº
mín/máx
mm
mínimo
+ 5 (1) Azul (2) 300 (572) 38 (100) 0.3/0.15 (3) 1.0/1.9 3 24
(1) El Antes de agregar colorantes (2) color azul exigido para el kerosene es válido exclusivamente en la Región Metropolitana. (3) Requisito válido sólo para la Región Metropolitana
La inspección debe realizarse en los lugares de almacenamiento del combustible, durante su transporte, en los lugares donde se realiza la venta o en los lugares que lo acuerden las partes. (27) (15)
Tablas obtenidas del libro del libro “Apuntes de Tecnología del Petróleo”, 2ª edición, G. de la Piedra C., C. , Diciembre 1956. Gentileza de ENAP. Ver NOTA.
Bombeabilida dy Filtrabilidad
Humo y Olor en el Escape
Lubricación y Lubricantes
Sin efecto directo.
Combustible más volátiles tienden a reducir la emisión de humos por el es- cape durante la mar- cha en vacío y en la aceleración. Relacionado con
Combustión incompleta debido a una muy baja volatilidad puede causar la dilución del lubricante.
Sin efecto direc- to. Combustibles con alto N.C.
Afecta directamente. Incremento del N.C. reduce
Sin efecto directo, excepto cuando el N.C. afecta la calidad de la combustión.
pueden tener al- tos puntos de escurrimiento
usualmente el humo y olor, ya sea, marcha en vacío o marcha
Excesiva visco- sidad puede causar el taponamiento del filtro o causar cavitación a ba- jas temperaturas
Sin efecto directo, excepto cuando está relacionado a la volatilidad.
Está relacionado con la vo- latilidad. Alta viscosidad del combustible puede causar que la combustión sea incompleta por deficiente penetración o incorrecta mezcla airecomb. Esto causará dilución del aceite y
Alto punto de enturbiamient o puede causar el taponamiento del filtro.
No afecta.
No afecta.
Alto punto de escurrimiento puede causar el taponamiento del filtro.
No afecta.
No afecta.
d e r v m e f a e r n p e i e e r a c n n c i i o d c o i i n n e a E e d n a s o s d l ; t o y s a , s d p p e u o y r s e a q t u d t a u b e l f n l e a o s r a m p e f l e u e c c s l f r t a o o o e c c r n r i t e o ó n a s b d a o m t a o r t o s a c e s n r o m e t t a o o b b c p l n t e a o t s n s o e n i e c t i r d i r p o ó r o n d e s s i f s p e l e i r r n b o e r a o p n t a s i c d t a r i a y a . a v s s m é s a c q a o u r d n í c a e o s s t l r ó o l e a x s o s i s t c s e a o o u m n n t o p d a r l e a e g ñ t u n s í i a a y s p a o s ,
V A A P i r c o s i d d c o o m e e s á z r i t d i T C a a c o o l d s t o r C a l f í i i n c o e m I n á f e t i c r i a o r a 3 8 C º
m g B c % K t S O u / t H b l / g 1 1 1 0 8 . 6 . 3 . 0 5 2 4 1 8 0
I n f o r m a c i ó n e s t a d í s t i c a a d i c i o n a l ( v a o l r e s n o s u j e t o s a n o r m a )
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Se puede definir la fricción como la resistencia que se encuentra cuando dos cuerpos se deslizan o tienden a deslizarse uno contra otro y si los cuerpos son rígidos, se llama fricción sólida o de deslizamiento. Fricciones estáticas y cinéticas son aquellas
impuestas, respectivamente, por un cuerpo en reposo y en mo- vimiento. La fricción también existe en otras formas y todas pueden medirse y determinarse.
La fricción deslizante tiene su origen en dos vastas y diferentes fuentes. La más obvia es la aspereza de la superficie. Ninguna La fricción de una caja deslizante es igual a la fuerza superficie, aún pulida, es requerida para vencerla. suficientemente lisa. Aunque Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C. la maquinaria moderna es capaz de producir acabados que se aproximan a la perfección, exis- ten, inevitablemente, irregulari- dades microscópicas. Fig.1. Las diminutas protuberancias en una superficie se llaman asperezas y cuando dos sólidos rozan entre sí, la interferencia entre asperezas opuestas ofrecen una gran resistencia al movimiento y ocasionan un considerable desgaste, especialmente si las superficies son ásperas. La otra causa de la fricción deslizante es la tendencia de las áreas más planas de las superficies opuestas, a soldarse bajo severas condiciones deslizantes. La rotura de los pequeños enlaces así creados, es responsable de mucha de la fricción que puede ocurrir entre las piezas de las máquinas. Es más, en superficies finamente pulidas estas minúsculas soldaduras constituyen la fuente potencial
Fig. 1: Deslizamiento sin lubricante. Gentileza Copec Mobil Ltda.
de mayor resistencia friccional.
Para los cuerpos rígidos en contacto directo, la fricción estática es mayor que la fricción cinética. Una vez que un cuerpo esta en movimiento con respecto al cuerpo opuesto, la fricción entre ellos se considera constante a pesar de la velocidad. La fricción deslizante varia solo con la fuerza que presiona las dos superficies para unirlas y es directamente proporcional a esta fuerza. La fricción sólida se considera independiente del área de contacto.
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En cierto modo es una suerte que exista la fricción. Sin fricción, caminar sería imposible y un auto o un freno o una piedra de amolar resultarían inútiles. Por otra parte, casi todos los mecanismos traen consigo el deslizamiento de
una parte contra otra. En este caso la fricción es bastante indeseable. Se requiere trabajo para vencer la fricción y la energía así gastada supone una pérdida de potencia y eficiencia. Cada vez que se vence la fricción la dislocación de las partículas de la superficie genera calor, y las temperaturas excesivas desarrolladas en esta forma, pueden fácilmente ser destructivas. El calor friccional es el que enciende un fósforo y el que quema los cojinetes de un motor. Además, donde hay fricción sólida, hay desgaste: una pérdida de material debido a la cortante acción de las asperezas opuestas y al quebrantamiento de infinitesimal infinitesimales es s superficies uperficies soldadas. En caso de extremas, por otra parte, la soldadura puede a su vez causar el agarre de las partes móviles. Si un aro, un diente de engranaje o una chumacera intervienen, los perjudiciales efectos de la fricción apenas necesitan comentarios.
Cuando una esfera rueda sobre una superficie, Fig. 2 tanto la esfera como la superficie se deforman y ofrecen una superficie de contacto sumamente reducida, pero tanto mayor, cuanto mayor sea la carga que actúa sobre la esfera, por lo que la resistencia al movimiento, o sea el roce o fricción se ve afectado y así, bajo ciertas condiciones, si no existe lubricación, ocurrirá un desastre apreciable.
Fig. 2: Rodamiento. Gentileza Genti leza Co ec Mob Mobil il L Ltda. tda.
Uno de los problemas de los ingenieros es controlar la fricción – incrementar la fricción donde la fricción se requiere y reducirla donde no es conveniente.
Si las superficies están separadas por una película de aceite, los picos o crestas no se tocan entre sí y se evita en gran parte la fricción y el desgaste. Sin embargo, siempre existe cierta fricción ocasionada por la resistencia del
Fig. 3: Fricción fluida. Gentileza Genti leza C Co o ec Mobil Mobil Ltda. Ltda.
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mismo fluido a ser cortado y que llamamos fricción fluida. Fig. 3. Hace tiempo que se reconoce que si dos cuerpos deslizantes son separados por un líquido – o una espacie de película líquida – la fricción entre ellos se disminuye considerablemente. Una barcaza puede ser remolcada a través de un canal mucho más fácilmente de lo que puede ser arrastrada sobre tierra. Fig. 4.
Fig. 4 Gentileza Genti leza Co ec Mobi Mobill Ltd Ltda. a.
Se conoce como lubricación el principio de soportar una carga deslizante sobre una película de fricción reducida. La sustancia de la cual la película esta compuesta, es un lubricante, y aplicarlo es lubricar. Estos conceptos no son nuevos – ni tampoco, en lo fundamental, particularmente complicados. Los campesinos lubricaban los ejes de sus carretas de bueyes con grasa animal siglos atrás. Pero la maquinaria moderna se ha vuelto mucho más complicada desde los tiempos de las carretas de bueyes y las demandas sobre los lubricantes se han vuelto proporcionalmente más exigentes. Aún cuando el principio básico continua prevaleciendo – la prevención de contacto de metal a metal por medio de una capa intermedia de material fluido o a manera de fluido –la lubricación moderna se ha convertido en un complejo estudio.
Por complicada que aparezca aparezca una máquina, únicamente necesitaran lubricarse tres elementos y estos son:
a) de varios tipos tales como: cojinetes sencillos, rodamientos, guías, levas correderas, etc. b) rectos, helicoidales, de sinfín, etc., que pueden estar descubiertos o encerrados en cajas herméticas. c) como los que se encuentran en compresores, toda clase de motores a émbolo, bombas, etc.
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En general todos los elementos de una maquinaria, tienen piezas conformadas o ajustadas, que se mueven una con respecto a la otra por uno o una combinación de los siguientes movimientos:
Deslizamiento Rodadura
Aproximación y retroceso
Los lubricantes realizan una serie de funciones. A medida que la tecnología ha ido avanzando, las maquinarias han requerido lubricantes con mejores características. En un principio, se utilizaron los aceites minerales solos, luego fue necesario agregar otros compuestos para lograr un buen desempeño (estos son los aditivos). En algunos casos específicos, no se conseguían buenos resultados con las mezclas antes indicadas por lo que fue necesario utilizar otros fluidos para reemplazar los aceites minerales (estos son los lubricantes sintéticos).
Un lubricante es un medio de separación de dos partes que se mueven una con respecto a otra sometidas a rozamiento. Sus funciones son: 1. Mantener una película lubricante entre las partes móviles del motor, con el objeto de prevenir el contacto metal-metal. Esta película reduce la fricción producida y evita el desgaste, el cual potencialmente conduce a una falla. 2. El lubricante también debe refrigerar los componentes críticos del motor que están sometidos a altas temperaturas. 3. Debe mantener el motor limpio bajo cualquier condición de operación. 4. Debe proteger las superficies metálicas de la herrumbre y la corrosión. 5. El lubricante se debe mantener estable a altas temperaturas, de otra manera la descomposición química, la cual a menudo va asociada con un indeseable espesamiento del aceite y la formación de depósitos perjudiciales, puede dar como resultado un significativo deterioro de algunas características de la performance del aceite. 6. El aceite debe lubricar sobre el rango total de temperaturas de operación, combinando una buena performance en las partidas en frío y distribución del aceite con los requerimientos de protección a altas temperaturas de operación. 7. Debe contribuir al efecto de sellado de los anillos de los pistones. 8. Debe mantener su efectividad por periodos cada vez más prolongados, aún bajo las más variadas condiciones climáticas y de operación.
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Existen lubricantes sólidos, pastosos, líquidos y gaseosos. La elección se rige por los detalles constructivos, por el par de metales y por las solicitaciones de los puntos de rozamiento. Otro tipo de lubricante que se utiliza en forma relativamente amplia son las grasas. Todos los líquidos, en cierto modo, facilitan la lubricación pero algunos lo
hacen mucho mejor que otros. La diferencia entre un material lubricante y otro es, con frecuencia, la diferencia entre el éxito con que se opera una máquina o su fracaso. El mercurio, por ej., carece de adhesión o de las propiedades de mojar el metal, propiedades estas que son deseables para conservar un lubricante en contacto intimo con la superficie del metal que este debe proteger. El alcohol, por otra parte, a pesar de que moja la superficie del metal rápidamente, es demasiado delgado para mantener una película lubricante de adecuado espesor, en aplicaciones convencionales. El gas, otro fluido, ofrece posibilidades lubricantes – de hecho el aire comprimido ha sido usado como lubricante para propósitos muy especiales. Pero ninguno de estos fluidos pueden ser considerados lubricantes prácticos para la multitud de requerimientos que ordinariamente se solicitan.
Podemos clasificar las películas lubricantes en: a) Las son la forma más deseable de lubricar ya que durante la operación normal, las películas lubricantes son lo suficientemente gruesas como para mantener completamente separadas las superficies que reciben la carga. De esta manera la fricción y el desgaste se disminuyen a un mínimo. b) Las son como su nombre lo indica capas de un grosor muy pequeño. Estos tipos de películas lubricantes se encuentran en muchos casos ya que para tener una película fluida se necesita un suministro continuo y copioso de lubricante, lo que normalmente no es ni posible ni practico.
. En algunas aplicaciones no es posible utilizar ni c) aceites ni grasas debido a problemas de aplicación, de sellado u otros factores o condiciones ambientales. En estos casos se utilizan películas de sólidos tales como disulfuro de molibdeno, molibdeno, grafito, teflón. En algunos casos como en algunos descansos plásticos, estos elementos lubricantes sólidos están incorporados en el plástico. Durante la operación, algo del lubricante sólido es transferido para formar una película lubricante en la superficie de contacto.
En casi todos los casos, se ha encontrado que los productos de petróleo sobresalen como lubricante. Los lubricantes de petróleo poseen, en alto grado, la facultad de mojar los metales y a su vez el cuerpo que una fuerte película requiere. Estos aceites tienen muchas propiedades adicionales que son esenciales en la lubricación moderna. Es más, casi todas estas propiedades pueden ser modificadas durante su lubricación, para producir el lubricante adecuado para cada una de sus amplias y variadas aplicaciones. Estos aceites han sido desarrollados mano a mano con la moderna maquinaria que ellos lubrican; verdaderamente la
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eficiencia y quizás la existencia de muchas industrias actuales y las facilidades de transporte, dependen tanto de los lubricantes de petróleo como de los combustibles de petróleo. El lubricante básico de petróleo es aceite lubricante, al cual con frecuencia, nos referimos como “aceite” simplemente. En la mayoría de los casos son hidrocarburos provenientes del petróleo, pero algunas veces se utiliza otro tipo de compuestos tales como hidrocarburos sintéticos, poliglicoles, siliconas, ésteres, etc. Esta mezcla compleja de moléculas de hidrocarburo representa una de las importantes clasificaciones de productos
derivados de la refinación de aceites del petróleo crudo y esta fácilmente disponible en una gran variedad de tipos y grados. De acuerdo con lo anterior podemos clasificar los aceites básicos en dos tipos:
Aceites minerales: · Monogrados · Multigrados Sintéticos (de por sí son multigrados)
Existe una amplia gama de ensayos químicos y físicos que pueden utilizarse para caracterizar a un lubricante. La calidad o el desempeño de un lubricante no puede ser adecuadamente descrito basándose en solamente estos ensayos. Para conocer la calidad en el desempeño de un lubricante, se deben utilizar las pruebas de desempeño en aparatos de laboratorios o en las mismas máquinas en que se utilizará el aceite, pero en ensayos estrictamente normados por los fabricantes de los motores o maquinarias o por instituciones como la ASTM. Sin embargo, los ensayos físicos y químicos son de considerable valor para mantener la uniformidad de los productos durante su manufactura y para determinar los cambios que pudieran ocurrir en los aceites usados. No cabe duda que la característica más importante de un lubricante es la viscosidad, pero también existen otras de importancia como son: residuo de carbón, color, densidad relativa, punto de inflamación, punto de escurrimiento, número de base total, cenizas sulfatadas y otras, las cuales se analizarán en otro capítulo (capítulo V).
Para comprender de que forma el aceite penetra en un cojinete y recoge y transporta la carga del cojinete, se requiere una explicación sobre viscosidad. Cuando se trata de aceites lubricantes, la viscosidad es una de las propiedades más fundamentales y gran parte de la historia de la lubricación esta basada en ella.
Los líquidos de alta viscosidad fluyen más despacio que los líquidos de baja viscosidad.
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La viscosidad de un líquido es su resistencia a fluir. Los líquidos espesos como las melazas tienen re- lativamente alta viscosidad; no fluyen fácilmente. Los lí- quidos más delgados, como el agua, fluyen muy fácil- mente y tienen viscosidades más bajas. Los aceites lubri- cantes están disponibles en una amplia variedad de viscosidades.
La viscosidad de un líquido determinado no es constante, pues varía con la temperatura. A medida que un aceite se calienta, su viscosidad desciende y se vuelve más delgado. Contrariamente, un aceite se vuelve más espeso si su temperatura se reduce y no fluirá tan rápidamente. Por eso, cuando uno se refiere a la viscosidad de un fluido con un número, este número no significa nada a menos que se acompañe de la temperatura a que se sometió. De igual modo, un aceite que es más pesado que otro, debe ser más pesado a cualquier temperatura a la que ambos se evalúen.
El aceite es más espeso a bajas temperaturas y más delgado a altas temperaturas. Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C.
Como ya se dijo antes, implica una alimentación constante de lubricante para mantener las superficies separadas. Esto se logra según el caso, mediante cualquiera de las dos formas siguientes:
Gentileza Copec Mobil Ltda.
Fig. 5
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En algunos casos, cuando la velocidad relativa de las dos superficies es considerable se produce una acción llamada de cuña de aceite la cual actúa evitando el contacto metálico. Para ilustrar esta acción, imaginemos el dispositivo mostrado en la fig. 5, en la cual se representa un cojinete para carga axial. La película fluida de lubricante se forma por la acción misma de movimiento que la superficie superior tiene y que tiende a llevar a las capas de aceites que están en contacto con ella a igual velocidad. Al mismo tiempo, las capas de aceite que están en contacto con la superficie estacionaria inferior
tienden a permanecer estáticas junto con ella, es así que las capas intermedias adquieren mayor velocidad a medida que se acercan a la superficie en movimiento. Debido a la forma convergente del cojinete estacionario resulta que las capas tienden a comprimir al final del plano inclinado, produciendo una fuerza normal a las superficies que las mantiene separadas evitando el contacto metálico. Naturalmente esto sólo es posible cuando el mecanismo está en movimiento y es tanto mayor la separación cuanto mayor es también la velocidad relativa. Igual cosa sucede en el caso de cojinetes, como en el caso mostrado en la fig. 6. Como ejemplo de este tipo de lubricación tenemos los cojinetes lubricados mediante anillo, a circulación, a baño, etc. Gentileza Copec Mobil Ltda.
Fig. 6
Existen muchos casos en que el movimiento relativo de las superficies es tan lento, que no existe la posibilidad de formación de cuña de aceite (Fig. 7), siendo necesario entonces suministrar aceite a presión mediante una bomba, para mantener la película fluida y evitar el contacto metálico.
Fig. 7 Gentileza Copec Mobil Ltda.
Un caso muy común es el de la lubricación de los pernos que unen la
Gentileza Copec Mobil Ltda.
Fig. 8
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biela con el émbolo de todas las máquinas en movimiento alternativo en las que su movimiento es reversible en carga y en dirección de rotación (Fig. 8). En estos casos es necesario alimentar lubricante a presión, precisamente por la zona en donde la presión es mínima, de esta manera, debido a que el cambio de dirección en la carga es instantáneo, la película fluida existente a presión no alcanza a ser exprimida por la acción de la carga cuando ésta ya cesó, cambiando de dirección hacia el huelgo que fue nuevamente llenado con lubricante a presión. Además de esta acción principal, también ayuda una cierta
formación de cuña de aceite que tiende a formarse con el movimiento también reversible. Otra aplicación muy común es aquella que se utiliza para levantar el eje de molinos sumamente pesados, en los momentos de iniciar y detener su marcha, pues de otro modo habría un considerable desgaste en estos momentos por las razones antes mencionadas.
En ocasiones, todos los factores que hacen la lubricación hidrodinámica posible no siempre están presentes. Algunas veces las velocidades de las chumaceras son tan lentas o las presiones tan grandes, que hasta los aceites pesados no pueden evitar el contacto de metal con metal o un aceite suficientemente pesado para resistir ciertas cargas de impacto, puede ser innecesariamente pesado para soportar cargas normales. En otros casos la operación de “arranca y para” o los cambios de dirección, causan la rotura de la película que debe haberse establecido. La lubricación de ciertos engranajes pesadamente cargados – por las pequeñas áreas de contacto del diente y la acción combinada de deslizamiento y rodamiento de los dientes – no puede ser satisfecha por las precauciones ordinarias de la viscosidad. Puesto que las varias condiciones descritas aquí no conducen a la lubricación hidrodinámica, debe hacérceles frente con lubricación marginal, un método que es efectivo en ausencia de película líquida completa.
No es difícil apreciar que hay diferentes grados de severidad en los que la lubricación marginal prevalece. Algunos son solamente moderados, otros extremos. Las condiciones marginales son satisfechas por una variedad de lubricantes especiales, con propiedades correspondientes a la severidad de las aplicaciones particulares a que son destinados. Estas propiedades son derivadas de varios aditivos contenidos en el aceite, algunos por sí solos y otros en combinación con otros aditivos. Su efecto es aumentar la capacidad del aceite para soportar cargas. Donde las cargas son solo moderadamente severas, es aplicable un aditivo de la clase conocida por agentes aceitosos o aditivos fortalecedores de la película. Los lubricantes de engranajes de tornillos sinfín y los de las herramientas neumáticas son a menudo fortificados con productos de esta clase. Pero para piezas más pesadamente cargadas se requiere una clase de aditivos más potentes. Los aditivos de esta última clase son llamados agentes de extrema presión.
La razón de referirnos a los agentes oleaginosos como aditivos fortalecedores de la película, es que ellos aumentan la resistencia de la película para romperse. Estos aditivos son usualmente aceites de origen animal o vegetal que tienen ciertas características polares. Una molécula polar del tipo
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oleaginoso tiene una fuerte afinidad por ambos, por el aceite de petróleo y por las superficies de metal con quien éste entra en contacto. Tal molécula no es fácilmente desalojada, aún por cargas pesadas. En acción estas moléculas parece que se adhieren por sus extremos a las superficies de deslizamiento. Aquí ellas se colocan en erguida alineación, como las pelusas de una franela o alfombra, uniendo o conectando una diminuta capa de aceite al metal. Tal ordenamiento sirve como amortiguador entre las piezas o partes móviles de manera que las superficies, a pesar de que están juntas, no llegan en realidad a
tocarse una con otra. Para modernas condiciones marginales, el daño de las partes deslizantes puede ser efectivamente evitado de este modo.
Lubricidad es otro término para oleaginosidad y ambos se aplican a una propiedad del aceite que no tiene ninguna relación con la viscosidad. La oleaginosidad y la aceitosidad solamente se manifiestan bajo condiciones de lubricación marginal, cuando ellas reducen la fricción evitando la rotura de la película. Bajo condiciones de lubricación hidrodinámica, la oleaginosidad o aceitosidad, no sufren efecto.
En condiciones de extrema presión, el aceite y la película en la capa límite pueden romperse o perforarse por las rugosidades superficiales, permitiendo el contacto metal a metal. Las Las temperaturas elevadas producidos en los puntos de contacto dan lugar a la fusión y soldadura de los metales, con el consiguiente daño de las superficies del cojinete. En los cojinetes lisos o chumaceras se emplean, hasta donde es practicable, metales de relativamente bajo punto de fusión, de manera que si falla la lubricación se estropee el cojinete y no el eje. En el caso de engranajes, etc., donde las superficies del cojinete son del mismo metal, se disminuyen al mínimo los daños de las superficies por soldadura en condiciones de carga elevada y bajas revoluciones, añadiendo aditivos E.P. al aceite. Estos compuestos suelen contener uno o más elementos activos, tales como azufre, cloro o fósforo, que se combinan con las superficies metálicas en las “zonas calientes” para dar películas del derivado metálico muy adherentes, pero fácilmente cizallabais, que evitan el agarrotamiento y el deterioro de las superficies.
Algunas operaciones cubren no una sino una escala de condiciones marginales. De estas condiciones la más severa puede requerir un aceite con un agente químico activo que no funcione en servicio marginal ligero. Las temperaturas locales, aunque sean altas, pude que no lo sean en grado suficiente para ciertas reacciones químicas. Para cubrir ciertos requerimientos de lubricación múltiple, por lo tanto, es algunas veces necesario incluir más de un aditivo: Uno para el servicio más severo y otro para el servicio menos severo.
Lógicamente se nos presenta la pregunta con respecto a por que todos los agentes lubricantes no se formulan con aditivos EP. La razón básica es que esta formulación usualmente es innecesaria; no hay justificación para un gasto adicional de mezcla. También es cierto, sin embargo, que algunos materiales polares pueden aumentar la emulsionabilidad del aceite, haciéndolo indeseable para aplicaciones que requieran una rápida separación del agua y del aceite.
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Algunos de los más potentes aditivos EP tienen además la tendencia a reaccionar con ciertos metales estructurales, una característica que puede limitar sus aplicaciones.
Un caso especial de lubricación marginal ocurre en conexión del movimiento intermitente oscilatorio. Debe recordarse que una acción lenta o
reciprocante es destructiva para la película líquida completa. A no ser que se tomen las medidas correctivas, el resultado es contacto de metal a metal, y la fricción es sólida más bien que líquida. Debe también recordarse que la fricción estática sólida es mayor que la fricción cinética sólida – ese arrastre friccional disminuye después que la pieza ha sido puesta en movimiento. Los carros de las máquinas a veces se mueven a velocidades muy lentas. Cuando se les aplica la fuerza motriz, hay que vencer la fricción estática primero, después de lo cual el carro, encontrando la más baja fricción cinética puede saltar hacia delante. Entonces el carro puede detenerse por la ligera residencia inherente en toda máquina, permaneciendo en descanso hasta que el mecanismo impulsor traiga otra vez suficiente fuerza para moverlo. La continuación de ese progreso interrumpido se conoce por el movimiento intermitente oscilatorio y hace difícil o imposible que una máquina haga un trabajo preciso sobre una pieza bajo estas circunstancias. Para evitar esta acción intermitente, las características del lubricante deben ser tales que la fricción cinética sea mayor que la fricción estática. Esta es la situación inversa de la ordinariamente asociada con la fricción sólida. Con un lubricante para guías, compuesto con agentes de oleaginosidad especial, la resistencia es mayor cuando la pieza está en movimiento. Así se evita que el carro salte hacia delante para disipar fuerza propulsora y se logra que avance suavemente por todo su recorrido.
Como ya se explicó anteriormente, es una película de espesor muy delgado y que puede llegar a tener entre 0,0002 y 0,0005 mm, siendo esto suficiente para proteger en forma apreciable las superficies que cubren (Fig. 9). Naturalmente en este tipo de lubricación siempre existe algo de rozamiento y por lo tanto desgaste, pero no obstante, su uso es muy vasto y práctico por razones de diseño, carga, velocidad, etc., siendo de gran importancia su bajo costo de operación e instalación. Como ejemplo de este tipo de lubricación, podemos mencionar el de copa gotera, copa grasera, por mecha, lubricador
Fig. 9 Gentileza Copec Mobil Ltda.
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mecánico, etc. También pude llamarse a este sistema sistema de lubricación a toda pérdida, debido a que el aceite alimentado no vuelve a usarse.
Existen muchas situaciones en las cuales la lubricación puede ser realizada más ventajosamente con grasa que con aceite. La mayor parte de las
grasas lubricantes consisten en aceites de petróleo espesados con jabones especiales, que les dan una especial habilidad de mantenerse en su lugar. Las grasas se usan a menudo, por lo tanto, en aplicaciones para las cuales no es practico proveer un continuo suministro de aceite. A pesar de que las propiedades retenedoras de la grasa – grasa – también la resistencia al calor, al agua, a las cargas extremas y a otras condiciones adversas – dependen principalmente de la proporción y tipo de jabón, las características friccionales en sí dependen casi exclusivamente del contenido del aceite. La viscosidad del aceite-base es un factor determinante de la grasa para producir una adecuada a decuada película lubricante.
Se ha señalado que la viscosidad – una propiedad que en mayor o menor grado poseen todos los líquidos – juegan un papel esencial en la lubricación hidrodinámica. La bendición es mixta sin embargo, porque la viscosidad en sí es una fuente de fricción, (fricción líquida). La fricción líquida ordinariamente es solo un porcentaje mínimo de la fricción sólida, que ocurre en ausencia de la lubricación y no causa desgaste. No obstante, la fricción líquida genera mínimo.cierta cantidad de calor y resistencia al avance y debe ser limitada al
Cuando dos superficies deslizantes están separadas por una película lubricante de aceite, el aceite fluye. Las condiciones son casi siempre tales que el flujo se dice que es laminar, esto es, que no hay turbulencia. Puede asumirse que la película está compuesta de capas extremadamente finas, moviéndose cada una en la misma dirección, pero a diferente velocidad, como se muestra en la fig. 10.
Bajo estas condiciones, la capa en contacto con el cuerpo fijo está como si no tuviera movimiento. Similarmente, la capa adyacente al cuerpo en movimiento, viaja a la velocidad del cuerpo en movimiento. Las capas intermedias se mueven a velocidades proporcionales a su distancia al cuerpo fijo, la capa intermedia de la película moviéndose a la mitad de la velocidad del cuerpo en movimiento. Esta
Fig. 10 La fricción líquida del cojinete es la resistencia impuesta por una capa de aceite deslizándose sobre otra Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C.
es
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aproximadamente la velocidad promedio de la película.
Como las capas viajan a diferentes velocidades, cada lamina debe deslizarse encima de la otra y para hacerlo se requiere cierta fuerza. La resistencia de esta fuerza es conocida como fuerza cortante y el efecto
acumulativo de éste, es la fricción líquida. Puesto que la viscosidad es definida en términos de esfuerzo constante, es absolutamente evidente que la viscosidad y el esfuerzo cortante están íntimamente asociados.
En un cojinete, sin embargo, hay dos factores adicionales que afectan la fricción fluida, ambos dependen del diseño de la máquina. Uno es la velocidad relativa de las superficies deslizantes y otro su área efectiva. Al contrario de la fricción sólida que es independiente de estos factores, la fricción líquida se aumenta por grandes velocidades o áreas de contacto potencial. También, lo contrario de la fricción sólida, la fricción líquida no se afecta por la carga. Si los demás factores no cambian, una carga más pesada, a pesar de que puede reducir el grosor de la película, no afecta la fricción líquida.
Bajo condiciones extremas, puede que no exista una película líquida. Una película inadecuadamente delgada, puede ser el resultado de una viscosidad insuficiente, una velocidad de la chumacera demasiado lenta para proveer la presión hidrodinámica necesaria o un cojinete de área demasiado restringida para soportar la carga. El efecto es producir alta fricción del cojinete – en este caso una combinación de fricción líquida y sólida, dependiendo la proporción de severidad de la situación. El arranque de una chumacera, es ejemplo de una condición friccional potencialmente alta a causa de una película de lubricante inadecuada. En un cojinete, por tanto, la fricción debida a los variables grados de contacto de metal con metal en la ausencia de una película líquida completa, está también la viscosidad, velocidad parcial y área.como La diferencia importante es relacionada que, bajo con condiciones de lubricación se dice generalmente, la fricción varia inversamente a estos tres factores.
Es posible en cualquier caso relacionar de esta manera toda la fricción de los cojinetes, sin considerar las condiciones de lubricación a la viscosidad del aceite velocidad y área de fricción. Esta situación matemática se expresa con la fórmula: (1) F = ZNA, donde: F es la resistencia friccional impuesta por el cojinete. Z es la viscosidad del aceite. N es la velocidad de la chumacera.
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A es el área de fricción.
Se acostumbra a expresar las características friccionales de una situación en términos de coeficiente de fricción, mejor que la fricción en sí. El coeficiente de fricción es más ampliamente aplicable. Es fricción unitaria, la
fricción real dividida por la fuerza (o carga) que presiona juntando las dos superficies deslizantes. Por consiguiente, si ambos lados de la ecuación (1) son divididos por la carga L: (2) F/L = ZNA/L Aquí F/L es coeficiente de fricción y se representa por el símbolo µ. También A/L es el reciproco de la presión; o A/L = 1/P, donde P es la presión, la fuerza por unidad de área que el cojinete ejerce sobre el aceite. Por sustitución, la ecuación (2) puede por tanto ser representada por: (3) µ = ZN/P
La ecuación (3) indica solamente que la relación existe; no define la relación. La definición es llevada a cabo por la curva de la fig. 11. Esta curva ZN/P ilustra el típico comportamiento de los cojinetes bajo condiciones variables de operación. Las características de una curva específica dependerían del cojinete a que ha sido aplicada.
La porción izquierda de la curva ZN/P corresponde a la región de lubricación parcial donde la fricción sólida se combina con la fricción fluida para producir generalmente altos valores friccionales. La arrancada de una chumacera debería estar representada por la situación de extrema izquierda donde la fricción es primariamente sólida y muy alta. A medida que la velocidad aumenta, el crecimiento de la película fluida reduce la fricción del cojinete. Correspondientemente, las velocidades mayores aumentan el valor del parámetro ZN/P, llevando las condiciones de operación a un punto de la curva más hacia la derecha. Un Fig. 11 resultado similar puede ser del cojinete alcanzado por el uso de un aceite Funcionamiento Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C. más pesado o por reducción de presión. La presión podría ser reducida aligerando la carga o aumentando el área del cojinete. Si estos factores se siguen modificando de nuevo para aumentar el valor del parámetro, el punto de operación continua a la derecha, alcanzando la zona de perfecta lubricación. Esta en un área en la cual una película fluida es establecida y el contacto de metal a metal es completamente eliminado. Más allá de esa región, los aumentos adicionales en viscosidad, velocidad o área del cojinete, invierten la tendencia anterior. La mayor fricción de fluidos que ello
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impone lleva nuevamente la posición operante a la región de alta unidad de fricción – ahora sobre la porción derecha de la curva –.
Dentro de la región de lubricación por película fluida completa, aparecería como se ilustra en la fig. 11, que la fricción del cojinete podría
reducirse aumentando el área del cojinete o la presión. Realmente, como se señaló anteriormente, la fricción líquida es independiente de la presión. En cambio, la propiedad ilustrada por esta curva es el coeficiente de fricción – no la fricción en sí –. Considerando que el coeficiente de fricción µ es igual a F/L, entonces F = µL, y cualquier reducción de µ debida a mayor carga del cojinete bajo las condiciones de película fluida, es compensada por un aumento correspondiente en la carga L. El valor actual de la fricción F del cojinete, permanece inalterado. En la región de lubricación parcial, sin embargo, un aumento en presión obviamente trae aquí un aumento en µ. Porque ambos µ y L son mayores, la fricción del cojinete F es marcadamente mayor.
De es este análisis, claramente evidente que el tamaño apropiado del cojinete es esencial para una Cojinete grande para carga Cojinetes pequeños para buena lubricación. Para una pesada, sin que se rompa la pesos ligeros, sin excesiva carga y velocidad dada, el película lubricante fricción líquida cojinete debe ser lo Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C. suficientemente grande para permitir el desarrollo de una película fluida completa, pero no tan grande que cree una excesiva fricción líquida. El espacio libre debe ser suficiente para prevenir que se tranque, pero no demasiado grande para permitir excesiva pérdida de
Fig. 12 Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C.
aceite área de alta presión. del La posición relativa de la curva ZN/P para un cojinete de ajuste suelto debe ser alto y hacia la derecha, como se muestra en la fig. 12, indicando la necesidad de un aceite de viscosidad relativamente alta con una fricción líquida correspondiente- mente alta.
El funcionamiento eficiente también requiere la selección de un aceite de viscosidad correcta, un aceite lo suficientemente pesado para proporcionar el funcionamiento de los cojinetes en el área de baja fricción de la región de pelicula fluida. Si se aumenta la velocidad debe preferirse un aceite más liviano;
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si se aumenta la carga se necesita generalmente un aceite más pesado. Además, para una aplicación dada, un aceite más liviano debe ser indicado para temperaturas ambiente más bajas, mientras un aceite más pesado es más apropiado para temperaturas ambientes más altas.
Hasta cierto punto, un aceite lubricante tiene la cualidad de acomodarse a las variaciones de las condiciones de operación. Si la velocidad se aumenta, el mayor calor friccional reduce la viscosidad operante del aceite, haciéndolo más adecuado a las nuevas condiciones. Similarmente un aceite de excesiva viscosidad inherente, causa mayores temperaturas de operación y una caída correspondiente de viscosidad operante. Las temperaturas y viscosidades de equilibrio, alcanzadas de esta manera son más altas, sin embargo, queóptima si se ha aplicado un aceite de viscosidad. Por esto, la selección adecuada de la viscosidad no debe ser eliminada en modo alguno. Los aceites varían, sin embargo, en la extensión en que sus viscosidades son afectadas por la temperatura. Un aceite que se adelgaza menos a altas temperaturas y Con el mismo cambio de temperatura, la viscosidad del que se espesa menos a bajas aceite “B” cambia mucho menos que la del aceite “A” Gentileza Esso Standard Oil Co. Chile S.A.C. temperaturas se dice que tiene un I. de V. (índice de viscosidad) más alto. Para aplicaciones sujetas a ambas variaciones de temperatura ambiente, debe preferirse un aceite con un I. de V. alto. Esto es cierto en los aceites para motores que pueden encontrar en su trabajo una variación de temperatura ambiente superior a 100º F. Con un motor de automóvil, hay una ventaja obvia en un aceite que no se vuelva pesadamente grueso a bajas temperaturas de arranque, ni peligrosamente delgado a altas temperaturas de operación. Por lo tanto, las buenas normas de lubricación incluyen la consideración del I. de V. del aceite, tanto como su viscosidad inherente.
A pesar de que las herramientas modernas son capaces de producir piezas con tolerancias muy pequeñas y superficies altamente pulidas, muchas piezas de maquinaria son demasiado ásperas cuando nuevas, para mantener
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las cargas que ellas finalmente llevaran. El calor friccional resultante de las asperezas iniciales de las piezas en contacto, puede ser suficiente para dañar la pieza al extremo de hacerlas inservibles. Esta es la razón por la cual una maquinaria nueva, o con piezas nuevas debe ser operada por debajo de su capacidad determinada, hasta que las asperezas hayan sido gradualmente gastadas hasta el grado de pulimiento requerido. Bajo las condiciones de desajuste, lo que se hace generalmente es
controlar la fricción por la reducción de la carga, mejor que mediante el uso de lubricantes fortalecidos con agentes soportadores de carga. Tan efectivos son estos lubricantes en evitar el desgaste, que ellos pueden interferir con la creación del acabado metálico deseado.
Aún con las piezas más perfectamente lubricadas, debe esperarse algún desgaste físico. Algunas veces es tan pequeño que resulta despreciable, como en el caso de los cojinetes de muchas turbinas de vapor. Las turbinas usadas para generar energía, operan bajo cargas, velocidades y temperaturas relativamente constantes y esta situación permite la clase de lubricación más efectiva. Muchas otras máquinas, sin embargo, operan bajo condiciones menos ideales. Si se paran y arrancan frecuentemente, habrá interrupciones de la película lubricante – también existe siempre la posibilidad de contaminación abrasiva –. En los motores de combustión interna, la sobrecarga, la marcha lenta sin carga y otras variaciones en las condiciones rutinarias de operación, no favorecen el proceso de desgaste. Bajo estas condiciones, el uso de sistemas de lubricación adecuados, puede reducir el desgaste a un mínimo aceptable, pero no lo pueden eliminar completamente.
Aunque el desgaste y la fricción van parejos, hay situaciones extremas en las cuales esto no es así. A algunos cojinetes de baja velocidad se les carga tan pesadamente, que se requiere un aceite de la más alta viscosidad para su completa lubricación. Por causa de la mayor fricción fluida, este lubricante impone más fricción al cojinete que la que impondría un lubricante más ligero. Por otra parte, como el lubricante ligero proporciona solo una lubricación parcial, no puede ser considerado adecuado desde el punto de vista de la protección de la superficie del metal. Deben sacrificarse algunas ventajas friccionales, a favor de una mejoría en las características de desgaste. Bajo condiciones extremas de lubricación, tales como éstas, es un hecho que menos desgaste significa más fricción a pesar del concepto concepto popular en contra.
La selección de un lubricante esta relacionada con las funciones que estos desarrollan. Algunas de estas funciones están relacionadas con protección de la acción de contaminantes para lo cual los lubricantes deben contener aditivos para mejorar el desempeño en este campo. Sin embargo, la principal función de un lubricante en la mayor parte de los casos es proteger de la fricción. Para esto como ya se dijo, la principal característica que debemos determinar es la viscosidad. Los factores que afectan la selección del lubricante, en cuanto a viscosidad son:
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Ya hablamos anteriormente de cómo la viscosidad tiende a producir la cuña de aceite que protege los mecanismos, también se explicó la existencia de una fricción fluida que es tanto mayor cuanto mayor es la viscosidad o cuerpo del lubricante; consiguientemente, siempre que la velocidad relativa de las
superficies en movimiento sea elevada, habrá una mayor facilidad para formarse la cuña de aceite y por lo tanto, un aceite ligero será suficiente, además de que habrá menor fricción fluida y menor pérdida de potencia. Por otra cuando la velocidad es muy baja, la la formación deen la cuñaparte, de aceite deberá ser suplida mediante undeficiencia aceite muyenviscoso, o dicho otras palabras, de cuerpo pesado el cual si bien no alcanza a formar cuña de aceite, su misma viscosidad presenta dificultad a ser exprimido y protegerá mejor las superficies. Generalmente, cuando un sistema trabaja con altas velocidades, los cojinetes vienen maquinados con juegos o claros muy pequeños, pero suficientes para que el aceite que va a trabajar en ellos, alcance a formar una película resistente; si estos juegos o claros fueran excesivos, no alcanzaría a formarse la cuña de aceite, pues no obstante la velocidad de las superficies, habría una pérdida excesiva de lubricante debido a que los fluidos tienden a seguir la trayectoria que menos resistencia ofrece, trayendo como consecuencia la fricción y el desgaste. Por el contrario, un huelgo demasiado pequeño no solamente no permite la formación de la cuña de aceite, sino que además impide la circulación lubricante en cantidad suficiente para verificar su partes efecto refrigerante, trayendodecomo consecuencia el sobrecalentamiento de las lubricadas y la falla consiguiente de las mismas.
Alta Velocidad Baja Velocidad Carga ligera Carga pesadas
Aceite Aceite Aceite Aceite Aceite Bajas temperaturas Aceite Altas temperaturas
ligero pesado ligero pesado ligero pesado
Resulta lógico que cuando existe una carga pesada que tiende a juntar dos superficies en movimiento, una mayor viscosidad del lubricante soportará mejor la acción de exprimido que esa carga pesada ejerce. Por el contrario, si se trata de un cojinete muy pequeño que lleva una carga muy pequeña (por ejemplo, en un pivote de reloj), será indispensable un aceite de muy baja viscosidad para permitir el libre movimiento de las partes y menor pérdida de potencia por fricción fluida.
La temperatura influye directamente modificando la viscosidad de los aceites. Todo lubricante al ser calentado sufre un adelgazamiento o disminución de viscosidad; el enfriamiento obviamente produce el efecto contrario. De
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acuerdo con esto, al seleccionar un lubricante deberá tenerse en cuenta la temperatura ambiente o de operación del lugar en que va a trabajar y así, si el ambiente es caliente (por ejemplo, un extractar de gases de un horno), se deberá emplear un aceite muy viscoso, no obstante que la velocidad sea alta y la carga ligera, pues la temperatura se encargará de dar al aceite la fluidez necesaria. Inversamente, en el caso de una parte que va a trabajar en fríos excesivos deberá lubricarse con aceites de muy baja viscosidad no obstante que la velocidad sea relativamente baja y la carga algo pesada, pues la
temperatura se encargara de aumentar la viscosidad del lubricante y hacerlo capaz de soportar las otras condiciones de trabajo. Naturalmente que siempre deberá haber un balance entre los factores VELOCIDAD, CARGA Y TEMPERATURA, para determinar la viscosidad adecuada de cada caso en particular.
Ya hemos discutido cómo y por qué difieren los lubricantes y en qué forma se seleccionan de acuerdo con las diversas condiciones de carga, velocidad y temperatura. Ahora consideremos cómo las condiciones de la planta afectan la acción o el desempeño de los lubricantes, suponiendo que éstos han sido seleccionados correctamente para cada aplicación. Las condiciones más comunes que debemos considerar son:
La contaminación de los lubricantes. Método de aplicación. Lugar de aplicación.
Estudiemos cada uno de estos puntos por separado para poder establecer cuáles son las mejores condiciones que permiten obtener el desempeño que se espera de los lubricantes de alta calidad.
Si se pudiera conservar en excelentes condiciones de limpieza el lubricante, éste podría permanecer trabajando en los sistemas de lubricación por circulación, por mucho tiempo; sin embargo, debido a la contaminación, es necesario desechar la carga de aceite por ser el medio más sencillo y económico de eliminar los contaminantes para que no ocasionen daños. Los contaminantes por lo general, se encuentran en el medio ambiente o son introducidos a los sistemas casos, sumamente dañinos. de varias formas, siendo sus efectos en todos los Principales contaminantes que afectan al desempeño de los lubricantes: 1) 2) 3) 4)
Polvo y suciedad Agua Fluidos para el corte de metales Solventes.
a) Puede tener su origen en la bodega de llubricantes ubricantes cuando las condiciones de limpieza no son muy aceptables, y se dejan los envases destapados.
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b) Cuando los recipientes utilizados para v vaciar aciar el lubricante no tienen tapas y se dejan en lugares poco limpios. c) Cuando hay capas de polvo o de suciedades sobre las partes de la máquina. d) En los sistemas de dispositivos de lubricación cuando no se limpian frecuentemente.
e) En las operaciones de maquinado; por ejemplo, arena procedente de los moldes de fundición. f) En el aire. Estos contaminantes ocasionan serios daños en la maquinaria, tales como desgaste abrasivo, formación de depósitos que puedan intervenir con la distribución correcta o que puedan acortar la vida del aceite (ya que en algunos casos el polvo metálico acelera la oxidación).
a) El agua proviene principalmente de la condensación y se forma cuando las las máquinas se enfrían al terminar su trabajo, o puede provenir de fugas de las serpentinas de enfriamiento o de las chaquetas de agua; algunas veces desde luego penetra a los tambores de aceite almacenados a la intemperie y en forma incorrecta. b) Su efecto sobre el desempeño de los lubricantes resulta igualmente perjudicial ya que se forman emulsiones que junto con las suciedades forman depósitos lodosos que interfieren con la distribución correcta y, principalmente con la lubricación. Además ocasionan herrumbre y corrosión.
Es este, otro de los contaminantes más comunes, del cual existen dos tipos: solubles y no solubles. a) Estos líquidos generalmente contaminan al lubricante por escapes o salpiques durante la operación de las máquinas, o por haber quedado residuos de ellos en los recipientes en que se vacían los lubricantes o por haberse seleccionado equivocadamente al sacarlos de la bodega. b) En todos los casos estas contaminaciones alteran en mayor o menor grado las características del lubricante, especialmente su viscosidad y estabilidad, lo cual significa la aparición de problemas de calentamiento, desgaste, corrosión, herrumbre, etc.
Los solventes representan otro tipo de contaminante bastante común. Durante la limpieza de las partes y de las máquinas mismas, resulta frecuente que quedan ciertos residuos de solventes que adelgazan sumamente las películas de aceite a tal grado que pueden ocurrir desgaste. Por otra parte, también suele ocurrir contaminación o dilución, cuando se usan los mismos recipientes para vaciar el lubricante, que los que se emplean para manejar solventes, combustibles, etc.
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Existen en la práctica varios métodos de aplicación, los cuales dependen del diseño de la máquina o parte por lubricar, de las cargas que transmiten, de su operación, de su eficiencia etc., así tenemos por ejemplo, sistemas de lubricación por circulación, a baño o salpique, a mano y mediante dispositivos especiales.
Es un sistema muy frecuentemente usado, el cual implica un abundante flujo de que lubricante a las partes por lubricar. Generalmente está de formado por una bomba dá presión y velocidad al lubricante y a través conductos lo aplica en los puntos necesarios de la máquina; de aquí generalmente escurre a un depósito en donde es tomado nuevamente por la bomba para iniciar un nuevo ciclo. En estas condiciones el aceite deberá trabajar durante largos períodos de tiempo sin alterarse en sus características. Suponiendo que se ha elegido el aceite adecuado para el sistema, o sea, un lubricante de alta calidad, con gran resistencia a la oxidación y con inhibidores contra la formación de herrumbre, etc., podríamos asegurar que durará mucho tiempo. Sin embargo, si el servicio es continuo y las temperaturas del aceite son algo elevadas, por muy bueno que sea el lubricante llegará un momento en que éste se oxidará volviéndose más viscoso y formando lodos y lacas que evidentemente afectan al sistema, por lo tanto, deberán fijarse los períodos de tiempo adecuados para cambiar el aceite y substituirlo por nuevo, además de tener cuidado de completar el nivel correcto constantemente para asegurar el flujo correcto de lubricante.
Cuando se utiliza este tipo de aplicación, se considera que la lubricación es a película delgada la cual, como ya vimos, no es muy eficiente, además no se puede lograr una alimentación regular, continua y controlada. Por ejemplo: recién aplicado el lubricante este se encuentra en abundancia y la protección es buena, pero al irse escapando por los lados va habiendo mayor posibilidad de fricción. Por lo tanto, si la cantidad o la frecuencia de aplicación es inadecuada, puede ocurrir desgaste severo, un consumo excesivo de fuerza y elevación de la temperatura de los cojinetes, los cuales pueden fallar por barrido o atascamiento, etc. (Fig. 1 3).
Gentileza Copec Mobil Ltda.
Fig. 13
Con este tipo de aplicación se han obtenido los mejores resultados aplicando frecuentemente y a intervalos de tiempo iguales, pequeñas
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cantidades de lubricantes, con lo l o cual se consigue una buena protección de las partes. Es muy ampliamente usado este sistema de aplicación debido a su sencillez y bajo costo inicial.
Otro tipo de lubricación a película delgada, es cuando se usan dispositivos para la aplicación tales como botella aceitera, copas con mecha o copas graseras de resorte, copas goteras, lubricadores automáticos, etc., representando en general una mejoría en comparación con la aplicación a mano, ya que estos dispositivos alimentan constantemente pequeñas cantidades de lubricante, el cual después de actuar se escurre y se tira. Sin embargo, si no se usa el dispositivo adecuado en cada caso, no obstante, que el lubricante sea el indicado, puede resultar una lubricación deficiente. Por ejemplo: si un cojinete requiere para su lubricación un aceite muy pesado o viscoso y si se trata de alimentarlo mediante una copa gotera inadecuada, el flujo de aceite será tan escaso que naturalmente sobrevendrá la falla en el cojinete. Estos dispositivos deben recibir un mantenimiento adecuado (revisión, limpieza, reparación), para que junto con un buen lubricante, puedan proporcionar una lubricación eficiente.
El lugar o punto de aplicación también tiene relación con el buen desempeño del lubricante. Veamos la Fig. 14 para ilustrar gráficamente la importancia del punto de aplicación. En esta figura aparece un cojinete con lubricación abundante en donde se puede formar una cuña de aceite y vemos cómo el lugar de aplicación se encuentra en el punto opuesto a donde ocurre la máxima presión. Como se puede observar, la presión radial comienza a elevarse en el punto A llegando a un máximo poco después y luego cae nuevamente a 0 (naturalmente que en la figura se ha exagerado el claro o
Fig. 14
Fig. 15
Gentileza Copec Mobil Ltda
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huelgo, para lograr claridad en lo expuesto). En la Fig. 15 se muestra la distribución de la carga soportada por la película lubricante en un plano longitudinal. La máxima presión se encuentra en el tercio medio aproximadamente y enseguida cae hacia los lados en donde escurre el aceite.
En algunos casos se proveen unas ranuras o canaletas (Fig. 16 y 17) para mejorar la distribución del aceite, pero se tallan sin llegar a los extremos para evitar la fuga de lubricante antes de llegar a la zona de máxima presión y la pérdida de capacidad para soportar carga. Sirven además estas canaletas como depósitos o reservas de aceite, cuando la alimentación es intermitente.
Fig. 16
Fig. 17
Gentileza Copec Mobil Ltda
En los cojinetes divididos o de dos partes, frecuentemente se encuentran unos chaflanes que tienen el mismo objeto. Aunque una canaleta bien diseñada puede ayudar considerablemente a la distribución del aceite, si se hace una canaleta en el área de presión (Fig. 16), ésta tendrá un efecto perjudicial ya que evitará la formación de la cuña de aceite, facilitará la rápida salida de éste del área de presión y reducirá la capacidad máxima de carga del cojinete igualmente, si las canaletas no están bien diseñadas, no solamente no ayudan a mejorar la distribución del lubricante, sino además pueden ejercer un efecto perjudicial. En los cojinetes con lubricación a película delgada, al igual que en los de aplicación abundante, el aceite debe suministrarse en el área de menor presión (la cual no siempre se encuentra en un lado superior del cojinete y en algunos casos además, cambia de posición).
Aunque las sustancias de uso más frecuente como lubricante han sido aceites o grasas, pueden ser adecuados muchos otros materiales de naturaleza muy diferente. Los sólidos y los fluidos (aire u otros gases y también líquidos) se emplean como lubricante. El lubricante desempeña, con frecuencia, funciones simples: es un medio para transferencia de calor, protector contra la herrumbre y la corrosión, sellador y para arrastrar y suspender los contaminantes. La aplicación particular, en sus múltiples aspectos, determina la selección del lubricante. Los lubricantes se fabrican y modifican a fin de que
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tengan ciertas características especificas, que se pueden definir en términos de propiedades físicas o químicas o por su acción y rendimiento. El concepto de lubricante como parte de las consideraciones en el proyecto, han ayudado a dar importancia necesaria a los aspectos de lubricación en el funcionamiento de mecanismo y ha dado como resultado un rendimiento más satisfactorio.
Aunque hay muchos líquidos, inclusive el agua, que se pueden usar como lubricantes, los de de uso petróleo más frecuente sonolos base desintéticos. petróleo o Los los basados en fracciones refinado endelíquidos lubricantes líquidos del petróleo son los de uso más extenso, debido a su adaptabilidad general a la mayoría de los equipos existentes y/o por su disponibilidad a un costo moderado. Los aceites lubricantes derivados del petróleo se preparan con muchos procesos disponibles para refinación a partir de hidrocarburos naturales. Los tres tipos principales de petróleo crudo son: parafínico, mixto y nafténico. Las fuentes importantes de petróleo crudo están dispersas por todo el mundo, en tierra o fuera de la costa. Las se utilizan con frecuencia para caracterizar a los aceites de petróleo, porque el rendimiento del lubricante a menudo depende o está relacionado con esas propiedades físicas. Las pruebas físicas usuales incluyen medición de la viscosidad, densidad, punto de fluencia, densidad específica, inflamación e ignición separación de las emulsiones olor y color. Las incluyen pruebas para residuos de carbón, oxidación, corrosión, acidez, aceitosidad, extrema presión, azufre, cenizas y número de precipitación. La variación de la viscosidad con la temperatura en los aceites derivados del petróleo se puede determinar con exactitud cuando se conocen las viscosidades a dos temperaturas cualesquiera.
Un lubricante sólido es una película delgada constituida por un sólido o una combinación de sólidos introducida entre dos superficies en rozamiento con el fin de modificar la fricción y el desgaste. El funcionamiento de ciertos mecanismos sometidos a temperaturas, presiones y ambientes severos, en los cuales los líquidos orgánicos no son adecuados, ha promovido el perfeccionamiento de lubricantes sólidos. Los lubricantes de película sólida incluyen numerosas variedades y tipos de materiales que pueden tener diferentes propiedades y gamas de funcionamiento y distintos métodos de aplicación y adherencias en las superficies que se van a lubricar. Aunque la tecnología de los lubricantes sólidos se desarrollo con el paso de los años como un “arte” y casi siempre por experiencia, recientemente se ha aplicado un enfoque científico más estricto en este tema. Los estudios sistemáticos de los materiales utilizados y su aplicación comenzaron con la introducción de lubricantes sólidos en la industria de la aviación. Existen muchas formas para clasificar los lubricantes sólidos; una se relaciona con su forma de adherencia al material de cojinete o de apoyo. La preparación de superficie es de extrema importancia para lograr un buen rendimiento del lubricante sólido.
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Los el tipo más sencillo, son granulares o pulverizados. Se adhieren en cierto grado a la superficie por acción mecánica o molecular, aunque no hay enlace químico o físico intencional. Los materiales más comunes en esta clase son el grafito, el Bisulfuro de molibdeno, el politetrafluoretano y otros polímeros, talco, metales, óxidos metálicos y sales. Las propiedades de los sólidos, por lo general, determinan los límites de trabajo
así como la influencia del coeficiente de fricción y del desgaste. Las partículas sólidas sin aglutinar se pueden aplicar en muchas formas: los polvos se pueden aplicar con pincel o brocha, por inmersión o aspersión. Si los sólidos se aplicanacon un vehículo, adhesivas líquido o gaseoso, el vehículo lo general no contribuye las propiedades o lubricantes, sino quepor sirve principalmente para facilitar la aplicación. A veces resulta útil dar un brillo intenso a las superficies.
. La durabilidad de las películas sólidas, es decir, su capacidad para sostenerse y para mantener una lubricación adecuada durante largo tiempo, ha sido un factor un tanto limitativo. Se ha logrado mayor duración útil del lubricante con el uso de adhesivos, de los cuales hay varios tipos adecuados para diferentes condiciones de operación y aplicaciones. Los , es decir, los aglutinantes, se mezclan con los lubricantes sólidos (por lo general los citados antes como lubricantes sin aglutinar) y la mezcla se aplica a la superficie del cojinete de apoyo. Se utilizan dos tipos de materiales orgánicos comotérmico”. aglutinantes: que son requieren curado de aire” “los que requieren curado Estos“los últimos los más duraderos y dey resultados superiores, pero requieren horneado a temperaturas elevadas. Las películas de curado de aire, por lo general, están limitadas a temperaturas de funcionamiento inferiores a los 149ºC (300ºF) mientras que algunas películas termoendurecidas pueden ser satisfactorias hasta a 371ºC (700ºF). Los permiten usar películas sólidas aglutinadas a temperaturas superiores a los 649ºC (1200ºF). Un ejemplo son los aglutinantes cerámicos en combinación con metales pulverizados o los sólidos más estables que el grafito y el Bisulfuro de molibdeno. Además de las propiedades de los sólidos y de las condiciones de operación prevalecientes, otros factores que pueden influir en el rendimiento del lubricante de película sólida, incluyen el método de aplicación, acabado y dureza del material de la superficie de cojinete o apoyo, la mezcla de aglutinante y lubricante sólido, el tratamiento previo de la película y la superficie y la limpieza.
Los aceites grasos o fijos, como el aceite animal, vegetal y de pescado, se distinguen de los minerales porque se saponifican con álcalis cáusticos. Estos aceites orgánicos se oxidan, se vuelven rancios y forman ácidos grasos libres. La oxidación causa también consistencia gomosa, en particular con aceites de semilla de algodón y de maíz. Al someterlos a temperaturas elevadas, tienden a descomponerse en ácidos corrosivos.
. El número de saponificación (ASTM D94-71) se utiliza para determinar el porcentaje de aceite graso o de la grasa en un
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lubricante compuesto de petróleo. Cuando la muestra contiene cantidades apreciables de azufre, fósforo y halógenos, el número de saponificación obtenido será mayor que la cantidad de materia grasa realmente presente. El porcentaje de aceite graso o de aceite en un producto del petróleo compuesto, se puede calcular con el número de saponificación cuando se conoce el aceite graso (Tabla 1).
La adición de aceites grasos o grasa a un aceite de petróleo aumenta la película absorbida sobre la superficie de trabajo, lo cual eleva la capacidad para soporte de carga u “oleosidad” de la película de aceite, una propiedad necesaria en aplicaciones especiales en donde es fácil encontrar condiciones peculiares paracontaminados la lubricación. Todos sostener los aceites animales, de vegetales de pescado están o pueden el crecimiento bacteria;y hay que tener el cuidado de que tales aceites sean estériles. Los aceites naturales están siendo sustituidos por los sintéticos. El aceite de esperma, uno de los más importantes, ya no se puede obtener, porque su fuente, la ballena de esperma, esta en la lista de especies en peligro de desaparición.
Aceite graso u oleico libre, %
Densidad especifica a 16ºC (60ºF)
Nº de saponificación
Punto de fluidez ASTM, ºF (ºC)
Punto de inflamación en copa abierta, ºF(ºC)
Viscosidad SUS a 38ºC (100ºF)
Ricino, hidrogenado Semilla de algodón
0.15-2
0.963
178-181
15(-9)
505(263)
1 485
1-3
0.922
187-197
40(4)
580(304)
180-195
Aceite de grasa de cerdo Sebo, sin ácidos
15-18
0.915
192-198
50(10)
440(227)
200-210
0.2-0.5
0.927
193-198
80(27)
610(321)
205-215
Las grasas se usan mucho en vehículos automotrices, camiones, buses, equipos de construcción, maquinaria agrícola y diversos otros vehículos comerciales. Lubrican los elementos componentes del chasis, los mecanismos de dirección, cojinetes de las ruedas, otras partes mecánicas y, en algunos casos, los equipos de servomecanismos y dispositivos auxiliares. Entre las propiedades importantes de las grasas, que se relacionan con estos diversos usos, se incluyen: Estabilidad estructural. Adhesividad (para permanecer en su sitio e impedir el acceso de los contaminantes). Capacidad para soportar cargas impuestas (protección antidesgaste). Estabilidad a la oxidación. Resistencia al calor (para evitar un ablandamiento o endurecimiento excesivos).
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Tabla obtenida del libro “Marks Manual del Ingeniero Mecánico”, Octava edición, Volumen I,
Baumeister-Avalone-Baumeist Baumeister-A valone-Baumeister, er, Editorial M c Graw Hill, Año 1990.
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Resistencia a la eliminación por lavado con agua. Protección contra la herrumbre. Capacidad de suministro en tiempo frío. Compatibilidad con empaquetaduras y otros componentes del sistema.
No todas estas propiedades se necesitan en la misma medida para cada aplicación. Por ejemplo, las propiedades de suministro a baja temperatura son
de poca importancia para los productos que se usan en regiones tropicales o cuando se aplican en talleres calefaccionados, y la resistencia a altas temperaturas no resulta necesaria para lubricantes de chasis que se usan en regiones árticas. El caso ideal sería que cada grasa estuviese hecha a la medida elemento de maquinaria y para usocon especifico en cuestión.para Por cada razones practicas, sin embargo, se cada cuenta tres tipos principales de grasa para satisfacer la mayor parte de los requerimientos. Dichos tipos son las grasas de uso múltiple, las grasas para chasis y las grasas para cojinetes de rueda. Un cuarto tipo, la grasa especial para rodillos de oruga, también se usa en cierta medida.
En las prácticas de ingeniería suele ser deseable proyectar un mecanismo para que funcione con una película de líquido que separe las superficies. Esta lubricación hidrodinámica ocurre cuando las presiones desarrolladas en una película convergente de líquido son suficientes para soportar la carga sobre los cojinetes. Cuando las cargas sobre los cojinetes son elevadas, el espesor de la película se puede reducir al tamaño de las asperezas de la superficie. La viscosidad delcomo lubricante en sí puedetemperatura afectar pory condiciones de funcionamiento tales la presión de se película, velocidad cortante. Cualquiera de estos factores puede influir en el sistema hidrodinámico. Para que exista un estado hidrodinámico, la combinación de velocidad, carga y viscosidad del lubricante debe estar dentro de una gama bastante amplia, pero definida. El aumento en la velocidad o en la viscosidad produce una película más gruesa; si se aumenta la carga se reduce el espesor de la película en un cojinete dado. Los cojinetes se construyen para permitir la conservación de una película de líquido en la mayoría de las condiciones usuales de funcionamiento. Sin embargo, cuando el movimiento entre las superficies de cojinetes y apoyo se aproxima a cero (durante el arranque y la parada), cuando se aplican severas cargas de choque o cuando se reduce la viscosidad, no se puede mantener la totalidad de la película entre el muñón (apoyo) y el cojinete y ocurre contacto de metal a metal. En estas condiciones de lubricación marginal, se utilizan aditivos suaves para extrema presión (EP) para dar medidaclásico de seguridad. El cierta tratamiento de la lubricación hidrodinámica supone que las superficies de cojinete y apoyo son geométricamente lisas y que los lubricantes y las superficies no se afectan con los esfuerzos aplicados. En el otro extremo, en la "lubricación marginal", las superficies sólidas no están en contacto continuo ni soportan la carga por completo. En la lubricación real con líquido es muy poco probable que prevalezca ninguno de los dos extremos y no se debe de olvidar la interacción de las superficies. A menudo, en la práctica, los regímenes de funcionamiento son en condiciones en las cuales las películas hidrodinámicas tienen una delgadez suficiente para permitir que interactúen las irregularidades de las superficies. En la lubricación de elementos rotatorios (cojinetes de bolas y de rodillos), mecanismos de levas e impulsores o sigue-levas y dientes de engranes acoplados, las cargas tienden a deformar las superficies metálicas en la zona de contacto. Por tanto, la superficie de contacto depende de la deformación de
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las superficies de soporte de carga. Aunque las cargas puedan ser elevadas, por lo general existe una película delgada entre las superficies "en contacto". La película se llama película elastohidrodinám elastohidrodinámica ica (EHD). La formación de esa película depende de dos factores de dependencia mutua: las propiedades hidrodinámicas del líquido y la deformación de los puntos de contacto y apoyo.
. Existen muchos métodos positivos de aplicación de los
productos para asegurar una lubricación apropiada. Los sistemas de baño y de circulación pueden ser automáticos para tener lubricación continua o intermitente, pero se requiere una aplicación positiva. Existen lubricantes de nivel constante, aceitadores de botella, aceitadores de alimentación por gravedad, alimentadores mirillascentralizados múltiples de de vidrio, graseras, de alimentación forzada, con sistemas lubricación y lubricadores lubricadores por nebulización (para sólo mencionar unos cuantos). La selección del método de aplicación del lubricante es tan importante como el lubricante en sí. La selección del dispositivo y la complejidad del sistema dependen de muchos factores, que incluyen el tipo y cantidad de lubricantes, la confiabilidad y costo de los elementos de la máquina, los programas de mantenimiento, la accesibilidad de los puntos para lubricación, los costos de mano de obra y otras consideraciones económicas, así como las condiciones de operación. Los para la eliminación de cuerpos extraños en el lubricante en circulación pueden ser necesarios, en particular en máquinas y aparatos que tienen componentes acabados a alta precisión y piezas de ajuste muy exacto. Los debenEldesempeñar numerosas funciones a fin de suministrar lubricación adecuada. aceite para motor, además de reducir la fricción y el desgaste, debe mantener limpio el motor y libre de herrumbre y corrosión, debe actuar como enfriador y sellador y debe actuar como aceite hidráulico en motores que tengan levantadores hidráulicos ("punterías") para las válvulas. El lubricante puede funcionar a altas temperaturas y en presencia de polvo, agua y otras condiciones atmosféricas adversas, así como con los materiales formados como resultado de una combustión incompleta; debe ser resistente a la oxidación y a la formación de lodos. Por ello, los aceites para motor son compuestos y pueden contener uno o más agentes y aditivos necesarios, tales como dispersantes para mantener suspendidos a los materiales insolubles; detergentes para una limpieza suave y retardar la formación de depósitos; Mejoradores de índice de viscosidad, para aumentar la aviscosidad de modo que sea enpara proporción, a 100ºC (210ºF) que 40ºC (1OOºF); inhibidores de mayor, corrosión descomponer los peróxidos, inhibir la formación de radicales libres y pasivar el metal descubierto; inhibidores de corrosión para neutralizar los materiales ácidos y formar películas protectoras sobre las superficies de metal; desactivadores de metales para formar películas protectoras inactivas; agentes contra desgaste, para extrema presión, oleosidad y reforzadores de película para formar una película con menor resistencia al corte que los metales de base para reducir la fricción y evitar la "soldadura" y la pegadura en el caso de que llegue a desaparecer la película de aceite; inhibidores de herrumbre para producir protectores, repelentes del agua; dispersantes de punto de fluidez para evitar o inhibir el crecimiento de cristales de ceras o parafina a temperaturas bajas; inhibidores de espuma para reducir la tensión de superficie v permitir que haya mayor desprendimiento fácil de las burbujas de aire.
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La operación de las depende mucho del tipo de motor y del servicio. Los motores varían en tamaño, velocidad, cilindrada y potencia producida; las condiciones de operación pueden variar desde altas velocidades y cargas máximas en condiciones de elevada temperatura ambiente, hasta marcha mínima ("ralentí') con muy por encima de lo natural frenando lo que todos quieren cuando debemos estar de acuerdo en poca carga y bajas temperaturas y todas las condiciones y variaciones
intermedias concebibles. Los motores de combustión interna se utilizan para aplicaciones estacionarias y para impulsar vehículos de todos tamaños y tipos en tierra, agua y aire. En las , la severidad del servicio depende, primero, de los requisitos de potencia. Las condiciones de servicio severo son máxima potencia continua y sobrecarga a altas temperaturas y potencia intermitente a bajas temperaturas. El funcionamiento continuo o intermitente con la carga de régimen y temperaturas normales, se considera servicio normal. Los motores diesel, por lo general, trabajan a menos revoluciones pero a temperaturas más altas que los motores de gasolina; por lo tanto, las condiciones son más favorables para la oxidación del aceite, formación de depósitos y corrosión de los metales de cojinetes. El tipo de motor, incluyendo el tipo y grado de sobrealimentación, influye en la susceptibilidad a los depósitos, pegadura de anillos de pistón, desgaste y corrosión de cojinetes. Los productos nocivos de la combustión incompleta promueven el desgaste y la formación de depósitos y este problema se multiplica a bajas temperaturas. Los aceites que produzcan el rendimiento más satisfactorio motor dado, en de cada para servicio, se pueden seleccionaren conunexactitud después unaclasificación serie de análisis de laboratorio, recomendados por los fabricantes de motores diesel. Se han establecido procedimientos de que aplican los fabricantes de vehículos y motores y las fuerzas armadas para evaluar el rendimiento de los aceites para motores y para establecer especificaciones. Bajo los auspicios de ASTM, SAE y API se han normalizado (estandarizado) muchas pruebas de motores, a fin de clasificar los lubricantes para diversos tipos de motores que trabajan con distintos niveles de severidad. Estas pruebas permiten determinar la resistencia de los aceites a la oxidación y el espesamiento así como la influencia de los aceites en los depósitos, corrosión, herrumbre y desgaste del motor. Con base en el rendimiento de los aceites, los fabricantes y proveedores de motores especifican el lubricante que se debe utilizar para condiciones dadas de servicio. El usuario debe seguir esas recomendaciones. Los , debido a la necesidad de arrancarlos a bajas temperaturas, exigen un aceite de baja viscosidad y bajo punto de fluidez. No obstante, ese mismo aceite debe suministrar lubricación satisfactoria cuando el motor ya está caliente. Los aceites para para aviones, suelen tener un índice de viscosidad mínimo de 95 y viscosidades de 90 a 100 SUS a 99ºC (210ºF). Para operación a temperaturas extremadamente bajas, se utilizan aceites que tienen viscosidades de 66 SUS a 99ºC (210ºF). para aviones debido a sus elevadas temperaturas de funcionamiento y a los requisitos de arranque a bajas temperaturas, emplean lubricantes sintéticos que se consideran útiles a temperaturas continuas de la turbina de 149ºC (300ºF) o quizá tan altas como 232ºC (450ºF). Estos lubricantes los podrá mover la bomba a –54ºC (-65ºF), serán de baja volatilidad y tendrán buena resistencia a la oxidación y estabilidad térmica a temperaturas elevadas, no serán corrosivas para los metales de la
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turbina y tendrán capacidad adecuada para soportar la carga de los engranes. Las especificaciones exigen que estas lubricantes pasen estrictas pruebas estáticas y también pruebas en vuelo antes de su aprobación.
, por lo general funcionan a su velocidad de régimen por periodos largos y están expuestos a salpicaduras de agua de mar, que introduce problemas de herrumbre y
corrosión mis severos que en los vehículos terrestres. Son deseables aceites para trabajo pesado con cualidades detergentes, dispersantes y protectoras contra la herrumbre. Las(Saybolt se suelen lubricar con aceites 150 a Universal se 250 SUS Seconds) a 38ºC (IOOºF). En de lasviscosidad turbinas de alta velocidad con engranes de reducción y debido al uso de ellos, todo el sistema o sea turbina, engranes de reducción y generador, se lubrican con aceite de viscosidad en la gama de 250 a 350 SUS. Por lo general, los cojinetes de la turbina y del generador, el gobernador (regulador) y otros auxiliares se lubrican con el mismo aceite que se utiliza en el sistema hidráulico de control. Para cumplir en forma adecuada sus numerosas funciones durante un periodo largo, el lubricante suele contener aditivos que dan estabilidad contra la oxidación, así como protección contra la herrumbre y corrosión y resistencia a la formación de espuma. También se debe proveer equipo para mantener limpio el lubricante mediante la eliminación de agua, lodo y cuerpos extraños. La purificación se puede lograr con tanques de sedimentación, centrifugas o filtros. Cuando se emplean filtros, el material debe ser debe de un proyectar tipo que no los aditivos El sistema de lubricación se a retenga fin de reducir todasdellasaceite. posibles contaminaciones, en especial el agua.
son de tantos tipos diferentes y tienen aplicaciones tan variadas y en múltiples condiciones de operación, que se han desarrollado muchos lubricantes distintos. El lubricante para engranes puede servir para funciones múltiples, tales como la eliminación del calor y la lubricación de otros elementos de la máquina. La selección del lubricante para engranes se debe basar en el tipo y materiales de los engranes, la velocidad de rotación y de deslizamiento o desplazamiento, contacto y carga entre dientes, ambiente, temperaturas, método de aplicación de lubricante, sellos (obturadores) y tipo de servicio. En condiciones de velocidad moderada y cargas ligeras, se pueden usar aceites minerales simples. severidad funcionamiento con cargas particulares, se Cuando requierenaumenta aditivos la para extremadel presión. Además, se pueden emplear uno o más modificadores para mejorar la estabilidad contra la oxidación y su duración útil o para impartir otras cualidades particulares. Los lubricantes para engranes y trenes de engranes abiertos, deben tener propiedades adhesivas especiales para mantener el lubricante sobre la superficie de contacto de los dientes. En esos casos, el lubricante se puede aplicar con brocha, espátula o por aspersión. En usos en que los lubricantes líquidos podrían evaporarse o cuando no son esenciales las propiedades para transferencias de calor, son eficaces los lubricantes secos. Cuando las filtraciones de la caja de engranes pueden ser un factor o en unidades integradas selladas, se suelen emplear grasas.
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Las aplicaciones en motores y turbinas de aviación a menudo imponen severas restricciones, en especial cuando hay grandes variaciones en las temperaturas de operación. Los aceites para motores de turbina, de baja viscosidad, que se usan por los requisitos de arranque y de plena potencia a bajas temperaturas, también se pueden requerir para lubricar trenes de engranes de alta velocidad sometidos a cargas pesadas.
Los trenes de engranes alojados en una caja, utilizan sistemas de lubricación por salpicado o a presión y se deben mantener libres de arenilla y de polvo. Las viscosidades, por lo general, van de 300 a 2 500 SUS a 38ºC (IOOºF). El aceite debe fluir a las temperaturas más bajas que se puedan encontrar. La selección de lubricantes para la debe tener en consideración el efecto sobre las piezas que no requieren lubricación así como sobre las superficies de cojinete y apoyo. Cuando el aceite es miscible con el refrigerante, cubrirá las superficies para transferencia de calor, restringirá la circulación del refrigerante y afectará el rendimiento. Es importante que el lubricante permanezca fluido a las temperaturas más bajas de funcionamiento; se recomienda un bajo punto de fluidez, por lo general de –37ºC (-35ºF) máximo. Se debe evitar la separación de ceras y parafinas, llamada floculación. En cualquier sistema que trabaje a menos de OºC (32ºF) la presencia de agua es indeseable porque formará hielo en áreas críticas. La presencia de agua también producirá corrosión con ciertos refrigerantes. Una elevada constante dialéctica del aceite indica un bajo contenido de agua; se debe tener cuidado extremo en el manejo y almacenamiento del aceite, que siempre debe estar en recipientes para reducir en al el mínimo la absorción presencia decerrados, materiales inestables lubricante conduce adela humedad. formación La de Iodos. Para evitar que el refrigerante arrastre cantidades anormales de aceite al circuito de refrigeración, el lubricante no debe vaporizar en exceso ni formar una cantidad anormal de espuma. Cuando los sistemas de refrigeración funcionan a menos de –15ºC (5ºF), se recomienda una viscosidad de 150 SUS a 38ºC (IOOºF); para sistemas que funcionan a más de –15ºC (5ºF), se sugiere 200 a 300 SUS. El tipo de compresor, de refrigerante y otros factores influyen en la selección del lubricante. Los , en especial los compresores de aire, son esenciales en muchas industrias y se utilizan numerosos tipos y configuraciones especiales. Todos los compresores tienen cojinetes, ya sean sencillos ("chumaceras"), de manguito o del tipo de rodamientos, que deben funcionar a altas velocidades y altas temperaturas en presencia del gas que maneja el compresor. Casi siempre ambientales se utiliza aceite para lubricar los cojinetes; pero, cuando los contaminantes pueden llegar a los cojinetes, las grasas pueden ser más eficaces para sellar los elementos de los cojinetes. En los , las válvulas y los orificios o lumbreras están expuestos a los gases calientes. La lubricación excesiva en los cilindros puede producir la formación de carbón en las válvulas o los orificios. La acumulación de aceite en los interenfriadores, tubos y tanques, cuando se comprimen gases que contienen oxígeno, aumenta las posibilidades de una explosión y de daños severos. La viscosidad en las condiciones de funcionamiento es, probablemente, la propiedad más importante para los lubricantes de los anillos de pistón y paredes de cilindros de los compresores reciprocantes. Son esenciales sistemas eficaces de filtros (depuradores) de aire para evitar que los
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contaminantes y la humedad ocasionen desgaste excesivo y alteren la lubricación. Los aceites lubricantes para compresores incluyen aceites minerales simples, aceites para turbinas con aditivos contra la oxidación y la corrosión y los aceites para motor de trabajo pesado que contienen aditivos contra la oxidación, detergentes y dispersantes. Cuando se utilizan trenes de engranes,
se pueden necesitar aceites compuestos para engranes. La tiene una amplia variedad de requisitos de lubricación, inclusive dentro de la misma máquina, que puede tener muchos mecanismos diferentes. Una máquina trabajar con cojinetes sencillos (de metal o de plástico), con cojinetes depuede rodamientos, levas, engranes, sinfines, husillos, manguitos y cadenas. A menudo estas piezas funcionan a altas velocidades y altas temperaturas, con diferentes métodos de aplicación, en atmósferas polvorosas o húmedas, con sellos y con cargas y movimientos que varían en forma intermitente o rápida. Algunos de los elementos pueden requerir lubricantes de baja viscosidad para un menor consumo de potencia y debido a las pequeñas holguras. Otras partes de la misma máquina pueden requerir lubricantes de alta viscosidad con propiedades especiales tales como adhesividad y soporte de carga. Las piezas de precisión, con acabado muy exacto, pueden requerir resistencia especial contra la corrosión y la oxidación. Una propiedad de los lubricantes, exclusiva en la industria textil es que, cuando hay la posibilidad de que el lubricante llegue a hacer contacto con el tejido, el lubricante no debe manchar o, cuando menos, se podrá limpiar con toda facilidad. Los cojinetes para motores y generadores eléctricos, del tipo sencillo o de rodamientos, se lubrican con aceite o con grasa. Los aceites pueden ser mineral simple o tener inhibidores contra la herrumbre y la oxidación, con viscosidades en la gama de 150 a 360 SUS a 38ºC (IOOºF). Las unidades lubricadas con grasa, utilizan grasa de sodio o litio, de grado No. 1 o No. 2. La tendencia en la lubricación de los motores eléctricos es la lubricación permanente de los cojinetes con grasa al momento de la fabricación (cojinetes sellados). El fabricante de los cojinetes suele entregarlos ya lubricados y sellados. Si se llega a necesitar lubricación, suele hacerse cuando se desarma el motor; entonces se lavan los cojinetes y se vuelven a empacar. No se aconseja lubricar estos cojinetes con una pistola engrasadora ya que la cantidad aplicada al cojinete, que suele ser del tipo blindado, no se puede controlar y habrá exceso de lubricación. . Los elementos (llamados a vecesrodamientos) incluyen loscojinetes cojinetes con de rodillo cónicosrotatorios y bolas, cojinetes de agujas, cojinetes de rodillos y de bolas de hileras múltiples y cojinetes de ranura profunda. Los tamaños van desde los miniatura de 1.50 mm (0.059") de diámetro exterior hasta algunos cuyo diámetro es mayor de un metro. La amplia aceptación de estos cojinetes se atribuye en parte a su baja fricción; la fricción se afecta muy poco con la velocidad, la carga y la temperatura. Su baja fricción estática hace aconsejable su elección cuando se busca una baja torsión al arranque. Son muy adecuados para cargas pesadas a bajas velocidades. Aunque el movimiento primario es rotatorio, también ocurre deslizamiento entre los elementos rotatorios (rodillos y bolas) y las correderas (pistas) y collares de empuje, en particular en cojinetes sometidos a cargas de empuje. Además, en los cojinetes que incluyen separadores, el deslizamiento ocurre entre: 1) Los elementos rotatorios y los separados; 2) Entre el separador y las
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correderas. El mecanismo de la lubricación de los cojinetes rotatorios no se puede explicar en forma satisfactoria en términos de lubricación hidrodinámica o marginal, ya que intervienen efectos elastohidrodinámicos. Por lo general se recomienda la lubricación con aceite cuando el funcionamiento a altas temperaturas y alta velocidad requiere enfriamiento y circulación. Las grasas permiten el uso de tipos con lubricación más fácil y
"sellados permanente', con una reducción en el mantenimiento. El uso de grasa ha tenido éxito en muchos lugares en donde antes se consideraba esencial el aceite. El aceite para la lubricación cojinetes delobolas y rodamientos debeusar ser resistente a la degradación. Si lasdecondiciones aconsejan, se pueden aditivos para protección contra la herrumbre, inhibición de la corrosión, extrema presión, detergencia y otras propiedades especiales. La viscosidad del aceite depende de los sellos, la velocidad y la temperatura de funcionamiento. Los métodos para el suministro de aceite incluyen salpicado, aspersión, o nebulización, un chorro continuo de aceite o, casi siempre, baño, goteo o presión. El nivel de aceite dentro del cojinete se debe mantener lo más bajo posible, para evitar o reducir el "batido" del lubricante. La selección de la grasa adecuada depende de la carga, velocidad, temperatura, método de aplicación, presencia de humedad y diseño de la caja o jaula del cojinete. Las La s grasas de uso más común son las de jabones de sodio, calcio, sodio y calcio mezclados y litio Muchoscompuestos aceites industriales o modifican con aditivos, por lo general químicos se querefuerzan mejorarán alguna propiedad inherente o impartirán nuevas características. En general, los modificadores de lubricantes son de dos clases generales: 1) Los que afectan una característica física, tal como el índice de viscosidad o el punto de fluidez y 2) Aquellos cuya influencia final es de naturaleza química, tales como inhibidores de oxidación y corrosión o los detergentes. Los aditivos no transforman un aceite malo en un producto de alta calidad; es necesario que el lubricante básico sea de calidad. Los aditivos en los aceites industriales tienen en cuenta los diferentes niveles de temperatura y las condiciones de operación. En la tabla 2 se listan algunas de las aplicaciones industriales comunes y los aditivos utilizados en la formulación de lubricantes.
. Las funciones de los aceites y líquidos en las operaciones de maquinado son: 1) Enfriar y 2) Lubricar. Los aceites arrastran el calor generado porresultante el contacto friccional entre plástica la herramienta y ladepieza de trabajo y/o el calor de la deformación de la pieza trabajo. El enfriamiento ayuda a prolongar la duración de las herramientas, les conserva su dureza y ayuda a mantener las dimensiones de la pieza maquinada. Los aceites lubrican el punto de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo y la viruta para reducir el desgaste de la herramienta, el calor friccional y el consumo de potencia. Los lubricantes ayudan en la eliminación de la "soldadura" y adherencia del metal a fin de mejorar el acabado de superficie.
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s o v i t i d
s a n i b r u
s o c i l u á r d i h s o
Caja de engranajes
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n s i s s a s o a r , c n s i i a e s r t u t d e l c q n e a é á i r e r l r o e t e e m m o c n o s . e s a r y e
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Antiherrumbre Antiherrumbr e
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Para bajar el punto de congelación Antiespuma Antiesp uma
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Detergente
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Aceites grasos
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De extrema presión De adherencia
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Estos líquidos también sirven para arrastrar las virutas y desperdicios de la pieza de trabajo a la vez que protegen a las superficies maquinadas, herramientas y equipo contra la herrumbre y la corrosión. Se utilizan mucho otros tipos de líquidos, llamados en forma genérica aceites para corte. Los de uso más frecuente son: 1) Aceites minerales; 2) Emulsiones solubles de aceite; 3) Productos químicos; 4) Materiales sintéticos. Los aceites minerales y los sintéticos, a menudo, se componen con aditivos para impartirles propiedades específicas. Algunas operaciones de trabajo de metales se efectúan en una atmósfera gaseosa controlada (aire, nitrógeno, dióxido de carbono). La selección de un aceite para trabajar metales es muy complicada. Los factores a considerar son: 1) El metal que se va a maquinar; 2) Las herramientas; 3) El tipo de operación. Las herramientas, por lo general son de acero, carburo o cerámica. En las operaciones en que se forman virutas, el movimiento relativo entre la herramienta y la viruta es a alta velocidad, con carga pesada y con frecuencia a temperatura elevada. En la formación de metales sin virutas – estirado, laminado, estampado, extrusión, hilado – la función del líquido es: 1) Lubricar y enfriar el troquel y la pieza de trabajo; 2) Reducir la adherencia y “soldadura” en los troqueles. Además de estos líquidos se pueden utilizar sólidos tales como talco, arcilla y metales blandos en las operaciones de estirado. Además de las funciones primarias de lubricación y enfriamiento, los aceites para corte no deberán: 1) Corroer, decolorar o formar depósitos en la pieza de trabajo; 2) Producir gases, humo u olores indeseables; 3) Afectar la salud de los operarios. Los aceites también deben ser estables, resistir el crecimiento de bacterias y resistir la formación de espuma.
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En las operaciones de maquinado se pueden encontrar muchas combinaciones de herramientas, piezas de trabajo y condiciones de operación. En algunos casos, serán suficientes los aceites minerales simples o con poca composición; en condiciones más severas se necesitan aceites con muchos compuestos. La efectividad de los compuestos depende de la actividad química y de las nuevas superficies, altamente reactivas, que se forman, las que combinadas con las altas temperaturas y presiones en los puntos de contacto
son ideales para las reacciones químicas. Los agentes para componer incluyen aceites grasos, azufre, aceites grasosos sulfurados y aditivos sulfurados, clorados y fosforados. Estos agentes reaccionan con los metales para formar compuestos que tienen menor resistencia al corte y pueden poseer propiedades para EP. Los aceites compuestos, oscuros o transparentes, son los de mayor uso en la industria. El agua es, quizá, el enfriador más efectivo existente, pero rara vez se puede usar como líquido para corte. Tiene muy poco valor lubricante y promueve la herrumbre. Una forma de combinar las propiedades enfriadoras del agua con las propiedades lubricantes del aceite es con el uso de aceites solubles. Estos aceites se formulan para que formen una emulsión estable con el agua. El componente principal, agua, produce un enfriamiento efectivo a la vez que el aceite y los compuestos imparten propiedades deseables de lubricación E.P. y resistencia a la corrosión. La proporción entre el agua y el aceite influirá en las propiedades de lubricantes y enfriadoras relativas de la emulsión. Para que líquidos no miscibles formenLauna emulsión estable, se debe agregar unaestos sustancia llamada emulsificador. dureza del agua es una consideración importante para formar la emulsión y se debe incluir protección contra el crecimiento de bacterias. El cuidado en la preparación y manejo de la emulsión asegurará rendimiento más satisfactorio y más duración. El sobrecalentamiento, congelación, evaporación de agua, contaminación y aeración excesiva, afectarán en forma adversa la emulsión.
están basados en el principio de Pascal de que: “si se ejerce una presión en cualquier parte de un líquido confinado dentro de un sistema cerrado, la presión se transmite en forma instantánea y sin variación a todas las demás partes del sistema”. Algunas características y ventajas de un sistema hidráulico en relación con otras formas para transmisión de potencia son: 1) Sencillez para proyectarlos; 2) Adaptabilidad para la colocación; 3) La posibilidad de automatizarlo; 4) Exactitud en el control; 5) Variación en la velocidad 6) Reducción del de las piezasdemovibles; 7) Economía y la en presión; su funcionamiento. El desgaste perfeccionamiento máquinas automáticas y de mecanismos para ahorrar trabajo manual, la necesidad de tener control remoto y el deseo de tener fuentes de potencia compactas y de control preciso, han influido en el rápido desarrollo de los sistemas hidráulicos. Un sistema, en general, incluye: 1) Bombas para aplicación de presión al líquido; 2) Sistema de transmisión (tubos, tuberías o mangueras); 3) Controles (circulación, presión y válvulas de desahogo o alivio); 4) Salida de potencia (cilindros, motores de fluido). Se han creado y están en uso sistemas muy sencillos y sistemas muy complejos. El líquido tiene uso primario para transmitir una fuerza aplicada en un punto en un sistema hasta algún otro lugar y reproducir en forma rápida cualquier cambio en la dirección o en la magnitud. El líquido también debe circular con facilidad y ser relativamente incomprensible. También debe tener
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funcionamiento satisfactorio en otros aspectos, tales como: 1) Proveer sellado y lubricación adecuada entre las piezas movibles; 2) Sufrir un mínimo de cambios físicos o químicos; 3) Proteger contra la herrumbre y la corrosión; 4) Minimizar el desgaste; 5) Permitir la sedimentación o separación rápidas de los contaminantes insolubles en el sistema. Hay muchos líquidos que cumplen con los requisitos para el sistema.
Desde el punto de vista de disponibilidad y costo, el agua sería una selección obvia. Por otra parte, tiene desventajas obvias para la mayoría de las aplicaciones. Los aceites de petróleo son adecuados para muchas aplicaciones; la selección de los más satisfactorios depende de su adaptabilidad y calidad iniciales. adaptabilidad inicial(los incluye viscosidad e índice son de viscosidad y, a veces, elLapunto de fluidez líquidos de petróleo relativamente incompresibles). Las propiedades que reflejan la calidad incluyen estabilidad contra la oxidación, prevención de la corrosión, resistencia a la espuma, demulsibilidad y oleosidad. Se incluyen aditivos para mejorar ciertas propiedades. En los sistemas que trabajan a presión, siempre hay la posibilidad de fugas y ruptura de mangueras o tubos. Cuando hay una fuente que pueda inflamar el líquido, existe riesgo de incendio con los líquidos hidráulicos. Para esas aplicaciones, se han desarrollado líquidos incombustibles. Por lo general, son de dos tipos básicos: 1) Líquidos con base acuosa (agua-aceite o agua-glicol) o, 2) Líquidos no acuosos o sintéticos. El éxito en la aplicación de estos líquidos depende de sus propiedades inherentes. Cuando se quiera cambiar de un líquido a base de petróleo a un líquido incombustible, se deben solicitar las viscosidad recomendaciones delde proveedor condel respecto las como temperaturas de operación, e índice viscosidad líquidoa así su efecto sobre los sellos, pinturas y corrosividad.
Máquinas herramientas
Viscosidad adecuada en función del equipo. Estabilidad a la oxidación. No corrosivo. Propiedades antiespumantes. Propiedades antiherrumbre.
Viscosidad adecuada en función del tiempo.
Viscosidad adecuada según verticales/horizontales. Buenas propiedades EP. Buenas propiedades de adherencia y untuosidad.
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Reductores, engranajes industriales
Viscosidad adecuada en función de la temperatura ambiente. Propiedades EP. Estabilidad a la oxidación. No corrosivo al bronce en engranajes corona-sinfín. Buenas propiedades de separación del agua.
Buen comportamiento del aditivo EP a la centrifugación.
Cojinetes antifricción, bolas y rodillos
Grado de viscosidad adecuado según dimensión, velocidad, carga y temperatura. Estabilidad a la oxidación. Baja tendencia a la formación de depósitos. Propiedades antiherrumbre. Bajo punto mínimo de fluidez. Buenas propiedades de separación del agua. (Trenes de laminación).
Cojinetes lisos
Viscosidad correcta según dimensión, velocidad, carga y temperatura ambiente. Estabilidad a la oxidación a alta temperatura. Propiedades antiherrumbre. No corrosivo. Buenas propiedades antiespumantes. En algunos casos propiedades EP.
Sistemas hidráulicos
Viscosidad adecuada para asegurar su fluidez en la transmisión de energía. Alto índice de viscosidad. Baja compresibilidad. Estabilidad a la oxidación a alta temperatura. Propiedades antiherrumbre. Buenas propiedades de separación del agua. Buenas propiedades de eliminación del aire. Formación mínima de espuma. Buen comportamiento con sellos y empaquetaduras.
En caso que se requieran, características EP. Compresores
Viscosidad adecuada en función del diámetro de cilindro y potencia. Baja tendencia a la formación de depósitos. Alta estabilidad a la temperatura máxima del aire. No formar espuma. Propiedades antiherrumbre.
Alta viscosidad para asegurar el cierre. Gran estabilidad a altas temperaturas del aire. Propiedades antiespumantes y antiherrumbre.
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Turbinas
Generalmente baja viscosidad dadas sus elevadas R.P.M. Alta resistencia a la oxidación y formación de lodos. Buenas propiedades antiespumantes. Buenas propiedades de desaireación. Buenas propiedades de separación del agua.
No corrosivo y antiherrumbre. En ciertos casos ligeras características EP.
Transformadores
Baja viscosidad y punto mínimo de fluidez para asegurar una buena transferencia de calor. Ausencia de humedad y sólidos en suspención. Alto poder dieléctrico. Elevada estabilidad a la oxidación. Bajas pérdidas dieléctricas.
Motores diesel/gasolina cárter-cilindros
Viscosidad adecuada. Buen comportamiento a baja temperatura. No forma lodos. Detergencia Estabilidad ayladispersantes oxidación. en distintos grados. Prevención contra la herrumbre. Propiedades antidesgaste. Propiedades antiespumantes. No corrosivo (para aleación de cojinetes).
Engranes hipoidales
Altas propiedades EP. Estabilidad a la oxidación a alta temperatura. No corrosivo. Propiedades antiherrumbre. Bajo punto mínimo de fluidez. Propiedades antiespumantes.
Transmisiones automáticas
Baja viscosidad. Elevado índice de viscosidad. Bajo punto mínimo de fluidez. Propiedades antiespumantes. Propiedades antiherrumbre. No corrosivo. Efecto mínimo sobre cierres y sellos. Propiedades antidesgaste y EP. Buena estabilidad a la oxidación a altas temperaturas.
139
Grandes motores diesel tipo cruceta
Viscosidad adecuada. Buena estabilidad estabilidad a la oxidación. Baja volatilidad. Alto TBN.
Propiedades antidesgaste. Baja formación de depósitos para mantener limpia las lumbreras. Viscosidad adecuada, normalmente SAE 30.
Buena estabilidad a la oxidación. Propiedades anticorrosivas. Buena demulsividad.
De acuerdo a la definición de la Sociedad Americana para ensayos y materiales (ASTM) “Podemos definir una grasa como un compuesto pastoso/pseudo-plástico, formado por un fluido lubricante, espesado por medio de un agente y que lleva otros compuestos, llamados aditivos, que le confieren o mejoran ciertas propiedades”. Tienen la ventaja frente a los aceites de que no se escurren Gentileza SKF del lugar de rozamiento. Esto hace que sean superfluas las mediciones constructivas complejas de estancamiento (por ej., utilización en cojinetes de ruedas, en sistemas en movimiento como ABS, alternadores, distribuidores, motores de limpiaparabrisas y motores de engranajes pequeños). Una grasa lubricante posee tres componentes principales: aceite de base, espesante y aditivo. También se añaden a las grasas lubricantes sólidos (por ej. MoS2) (por ej. para la lubricación de los arboles motores articulados de los vehículos).
Las proporciones de los distintos elementos que componen la grasa, suelen ser variables. En general: ESPESANTE ACEITE BASE ADITIVOS
3 a 25 % 75 a 96 % 0 a 10 %
Espesantes
La misión del espesante es ligar el aceite de base. Casi siempre se emplean jabones metálicos que dan al aceite una estructura esponjosa de jabón (micelas) mediante inclusiones y efectos de fuerzas de interacción. Cuando mayor es la proporción de espesante en la grasa (depende del tipo de
140
espesante), tanto mayor es la consistencia y la clase NLGI. Ellos les dan los nombres genéricos a las grasas y pueden ser de varios tipos: a) Jabones metálicos Jabones mixtos Jabones complejos
b) Bentones Geles de sílice
Negro Talco de humo Mica
c) Poliureas Polímeros Asfaltos Ceras
Aceite base
Estos son los encargados de la función principal, que es la lubricación. Como aceites de base se utilizan normalmente aceites minerales; sin embargo, últimamente son reemplazados cada vez más por aceites plenamente sintéticos (a mayor exigencia al envejecimiento, comportamiento de causa fluenciadea la temperaturas bajas, estabilidad comportamiento de viscosidad/temperatura). a) Parafínicos Nafténicos Aromáticos
b) Alquilatos Polialfaolefinas Esteres Poliglicoles Siliconas Perfluorados
Aditivos
Los aditivos (sustancias activas) sirven para la variación exacta de las propiedades físico-quimicas de la grasa lubricante hacia una dirección (por ej., Mejora de la estabilidad frente a la oxidación, para aumentar la capacidad de carga [aditivos E.P.] o para la reducción del desgaste o del roce). Los aditivos se encargarán de conferir a la grasa el resto de propiedades deseables y que le falten a la grasa: a) Antioxidantes Anticorrosivos Pasivadores
141
b) Modificadores Adherencia
c) Mejoradores de índice de viscosidad Depresores del punto congelación
d) Antidesgaste Extrema presión
Resistencia de película
Las diferentes mezclas de espesantes, aceites bases y aditivos darán lugar a muchos tipos de grasas diferentes, las cuales clasificaremos como:
De jabones metálicos:
Cálcicas Cálcicas anhidras Sódicas Líticas Alumínicas Báricas
Compleja de litio
De espesantes orgánicos:
Compleja de calcio Compleja de aluminio
De espesantes inorgánicos:
Lasestablecidas razones parapor utilizar una grasa vez de un lubricante fluido, están muy bien la Sociedad de en Ingenieros Automotrices de Estados Unidos (SAE). Ellos dicen: "Las grasas son utilizadas en vez de fluidos cuando se requiere un lubricante que mantenga su posición original en el mecanismo, especialmente cuando no es factible hacer llegar un fluido mediante un sistema de conducción o colocar un depósito, debido a la configuración de la máquina Este requerimiento puede estar dado por la configuración física del mecanismo, el tipo de movimiento, el tipo de sellado, o la necesidad de que el lubricante desempeñe total o parcialmente, la función de sellado para prevenir pérdida de lubricante o la entrada de contaminantes. Debido a que esencialmente son sólidas, las grasas no desempeñan la función de enfriamiento y limpieza, normalmente asociadas al uso de lubricantes fluidos. Con estas excepciones, se espera que la grasa cumpla con todas las funciones de un lubricante fluido. Para que una grasa sea satisfactoria para una aplicación dada, se espera que:
1) Provea una lubricación adecuada para reducir la fricción y prevenir desgastes peligrosos a los componentes de los descansos. 2) Proteja contra la corrosión. 3) Actúe como un sello para prevenir la entrada de agua y/o suciedades.
142
4) Resista pérdidas, chorreos, o que sea sacada de las superficies lubricadas. 5) Resista cambios inconvenientes en su estructura o consistencia con el trabajo mecánico (en los descansos) durante un servicio prolongado. 6) No endurezca excesivamente ni cause resistencias indebidas al movimiento, en ambientes fríos. 7) Tenga características físicas adecuadas para el método de aplicación. 8) Sea compatible con los sellos y otros materiales de construcción de la porción lubricada de los mecanismos. 9) Tolere algún grado de contaminación (como la humedad) sin pérdida significativa de sus características. Debe quedar claro que la parte de la grasa que efectúa el trabajo de lubricación es el aceite, por lo que a este se le agregan casi todos los aditivos que se usan en los lubricantes fluidos. Las grasas se diferencian entre sí por el tipo de espesante y el tipo de fluido que se utiliza.
Existen varios factores que ha que tener en cuenta a la hora de elegir la grasa más adecuada para cada una de las aplicaciones. Los datos más importantes que hay que conocer son:
Elemento a engrasar Velocidad Temperatura Contaminantes exteriores Forma de aplicación Cargas y vibraciones Compatibilidad Accesibilidad con otras grasas
Lógicamente lo más importante que hay que conocer a la hora de elegir la grasa más adecuada, es saber donde se va ha aplicar esta. Pero los elementos a engrasar pueden ser de lo más variados; no obstante los siguientes son los más comunes:
Rodamientos Cojinetes y bulones Engranajes abiertos Reductores Cables Cadenas Antigripantes
143
Todos estos puntos de engrase y muchos más se pueden encontrar en todos los sectores productivos, desde el área automotriz y la industria, pasando por la maquinaria de obra pública, la agricultura y la máquina herramienta, lo que convierte a las grasas en uno de los productos fundamentales para el progreso tecnológico.
ALUMINIO SODIO CALCIO CALCIO ANHIDRO LITIO ALUMINIO COMPLEJO CALCIO COMPLEJO LITIO COMPLEJO POLIUREA BENTONE
110 165-180 90-110 140-150 177-205
80 120 8 80 0 110 135
Buena Mala Excelente Excelente Buena
Mala Regular Regular Buena Excelente
>265
175
Buena
Buena
>265 >265 >245 >265
175 175 175 175
Buena Buena Buena Buena
Regular Excelente Ex Excelente celente Excelente
000 00 0 1 2 3 4 5 6
445-475 400-430 355-385 310-340 265-295 220-250 175-205 130-160 85-115
Líquida Semi-líquida Muy blanda Blanda Firme Muy firme Semi-dura Dura Extra-dura
Nota: los grados son definidos como límite de los valores de penetración trabajada, después de 60 golpes, en décimas de milímetros, según especificación ASTM D217 67
Se deben evitar las mezclas de grasas con estructuras diferentes (variación de las cualidades físicas, licuaron de la grasa por reducción del punto de goteo). En pares con movimientos de roce relativos contrarios se puede aumentar considerablemente el rendimiento de los productos escogiendo las grasas lubricantes apropiadas (por ej., engranajes, cojinetes de fricción o de rodamientos, sistema de regulación).
Se pueden definir como: compuestos químicos que se agregan a los aceites básicos para mejorar alguna característica que el aceite básico tiene, para impartir alguna nueva, o para reducir la velocidad a la cual ocurren cambios no deseados en el producto final durante su vi vida da útil. Entre los aditivos más usados, se encuentran los siguientes:
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El índice de viscosidad es una medida
de cuanto varía varía la viscosidad de un aceite con la temperatura. Estos aditivos son polímeros que reducen ésta tasa de variación.
Estos productos cumplen una doble función, se combinan con
los productos sólidos de la combustión e impiden que estos se acumulen y se depositen en las superficies internas del motor. Por otro lado neutralizan los
ácidos fuertes formados en la combustión.
Mantienen las partículas de contaminación separadas entre sí
para evitar que se aglomeren y se depositen como lacas y barnices.
Estos productos se depositan en las superficies
metálicas impidiendo el contacto metal-metal y evitando de esta manera el desgaste.
Se utilizan para evitar la reacción química del oxígeno con el
aceite de alta temperatura, lo que produciría un espesamiento del aceite.
Previenen la formación de herrumbre en las
partes metálicas de los motores.
Se usan para minimizar la formación de espuma
en equipos donde existe una gran agitación del aceite.
Llamados también agentes EP se usan para
situaciones donde existen cargas extremadamente altas.como Forman películas adherentes en las superficies metálicas donde funcionan un lubricante sólido.
Disminuyen la fricción entre los elementos
metálicos.
Protegen los metales no ferrosos (usualmente
cobre) del ataque de otros aditivos del lubricante, que de otra manera causarían ataque corrosivo.
Se utilizan cuando se necesita mantener el aceite y el
agua en fases separadas.
Previenen la solidificación de la cera
contenida por los aceites en grandes cristales que impedirían el flujo del aceite a bajas temperaturas al formar un enrejado.
Cuando se tropieza con condiciones
de lubricación en la capa límite es conveniente emplear aditivos del tipo llamado untuosidad o resistencia de la película. Estos aditivos reducen la fricción resultante entre dos superficies metálicas en movimiento bajo una serie dada de condiciones. Actúan formando capas muy adsorbidas sobre la superficie metálica a lubricar. Pueden formar también películas adsorbidas, muy finas, de jabones metálicos, s sobre obre las superfic superficies ies lubric lubricadas. adas.
Pueden incrementar la presión de vapor del aceite,
en el caso de zinc orgánico aumenta la corrosión cuando se mezcla con aditivos
145
de extrema presión del tipo azufre, fósforo, y causa exceso de lodo y manchado obscuro (en algunos compuestos nitrogenados).
Reduce la resistencia a la oxidación del aceite y fomenta la
formación de emulsiones.
Los tipos de silicio tienden a fomentar la entrada de aire
Los tipos de silicio tienden a fomentar la entrada de aire (formación de pequeñas durables burbujas), causan, en exceso, turbidez en el aceite, otros tipos pueden fomentar la formación de emulsiones.
Los polímeros se rompen en servicio,
causando aceitese compuesto, temporales y permanentes de viscosidad. al Cuando desea aceitespérdidas terminados, con alto índice de viscosidad, el aceite base debe tener baja viscosidad y por lo tanto bajo punto de inflamación.
No tiene efectos adversos. Fomenta la oxidación del
aceite, espuma, emulsificación y tendencias corrosivas. La estabilidad térmica se debilita.
Fomenta la emulsificación de agua y compite
con los aditivos antiespumantes, antidesgaste, antiherrumbre por las interfaces con aire y metal.
aceitosidad,
E.P.
y
Reduce la resistencia la oxidación. antiherrumbre Contrarresta la actividad de aditivos antidesgaste, E.P.,a aceitosidad, y antiespumante. Puede causar ataques a los sellos.
Muchas veces provoca degradaciones del color
del aceite. Los aditivos de uso más generalizados y el porcentaje aproximado en que pueden intervenir en la manufacturación de los aceites lubricantes, se muestra en la tabla 5.
Mejoradores del índice de viscosidad Depresores del punto de congelación Antioxidante e inhibidores de la corrosión Detergentes – Dispersantes Agentes antiherrumbre Agentes de aceitosidad Agentes de E.P. Antiespumantes
2 – 10 0.1 – 1 0.4 – 2 2 – 10 0.1 – 1 0.1 – 1 5 – 10 2 – 7000 ppm
ppm: partículas ppm: partículas por millón.
Un aceite mineral puro posee propiedades bien definidas que, en muchos casos, no son suficientes para cumplir una determinada función. Estabilidad térmica y a la oxidación, resistencia de película, emulsibidad, alto índice de viscosidad, etc., son propiedades que rara vez se encuentran en un aceite básico puro y que deben impartirse por medio de aditivos.
146
Es importante comprender que los aditivos no son la solución de todos los problemas. Ellos no pueden corregir un equipo mal diseñado o hacer un aceite de alta calidad de un aceite básico mal refinado. El aceite mismo debe ser del tipo y viscosidad adecuados, ser estable y químicamente puro. Los aditivos pueden mejorar un aceite de buena calidad y lograr un funcionamiento
adecuado en los modernos y bien diseñados motores de combustión interna o en los modernos equipos industriales. Existen cientos de compuestos que pueden añadirse a un lubricante para mejorar sus propiedades, pero debemos recordar que un aditivo debe ser compatible tanto con otros aditivos como con el propio aceite y con aquellos componentes con los que esté en contacto. Debido a esto, el número de materiales que pueden usarse en la realidad se reduce notablemente. Todos los aditivos deben poseer ciertas propiedades físicas generales que, aunque no muy importantes para la función que desempeñan, lo son para ser aceptadas por el usuario. Color u olor ofensivos o desagradables, alta volatilidad que deja el aceite sin protección en poco tiempo, poca solubilidad en el aceite y mucha en agua, son algunas de ellas. El uso de aditivos en los aceites lubricantes, data de mitad del siglo XIX y su desarrollo y mejoramiento va aparejado a los cambios en el diseño y funcionamiento de motores y maquinaria en general. Los aditivos necesarios para formular cada uno de los aceites se seleccionan en función los de lacontaminantes operación queque se vaya tomandooena cuenta principalmente van aa efectuar, estar presentes formarse durante la operación (por ej., Formación de SO2 en la combustión de Diesel con alto contenido de azufre) y las condiciones de trabajo (temperatura, extrema presión, etc.) del equipo considerado. Por lo general el lubricante en cualquier mecanismo es un factor determinante para asegurar un buen funcionamiento, razón por la cual los fabricantes de equipos en su gran mayoría especifican el tipo de lubricante que debe usarse para poder sostener una garantía determinada. Esto ocurre principalmente tratándose de equipos costosos como motores, turbinas, etc. Para poder recomendar un determinado tipo de lubricante se requiere experiencia en el comportamiento del equipo en el campo por un periodo razonable. Dado que en operación normal, la comparación en los resultados entre aceites realiza muy lentamente, y con el una objeto de ahorrar tiempo ense la evaluación deselos lubricantes se van diseñando serie de pruebas que correlacionan con el uso de los mismos en el campo. Cuando se trata de medir todos los factores que pueden influir en el comportamiento de un lubricante se realizan entonces una o más pruebas las cuales dan lugar a la creación de una especificación. Tomemos, por ejemplo, la especificación de un aceite lubricante para un motor de sistema de encendido eléctrico que funcione con gasolina. Queremos conocer el comportamiento del aceite en las siguientes condiciones: 1. Cuando el motor esta parado. 2. Cuando el motor trabaja a baja velocidad.
147
3. Cuando el motor trabaja a alta velocidad. ¿Qué funciones debe llevar a cabo el aceite en esas condiciones? 1. Cuando el motor esta parado lo menos que puede pasar es que cuando las partes metálicas se enfríen, se pueda llegar a la temperatura de rocío del
aire y se condense agua en los cilindros y varias partes del motor. Por lo tanto se necesitan aditivos de tipo antiherrumbre para emulsionar el agua presente. 2. En este caso los productos de la combustión y la descomposic descomposición ión térmica del combustible, más pequeñas partículas de carbón, más partes del aceite que se polimerizan y sufren un craking térmico en las paredes de los motores forman lodos que tienden a depositarse en varias partes del motor, principalmente en el cárter y los anillos. Debido a que el motor no trabaja a su temperatura optima de operación es necesaria la presencia de agentes dispersantes en el aceite. 3. En estas condiciones el motor trabaja a altas temperaturas y hay varios factores que se presentan: a) El aceite lubricante en presencia de aire y alta temperatura tiende a oxidarse. En consecuencia se necesita la presencia de inhibidores de la oxidación. En el cárter del motor el aceite tiende a polimerizarse y aumentar su alta viscosidad. b) Debido a la v velocidad, elocidad, el aceite en los cojinetes tiende a calentarse en forma excesiva y existe el peligro de la oxidación del aceite en esas partes, lo cual puede traducirse en la presencia de ácidos. Se requiere un inhibidor de la corrosión. c) Por último la neutralización de los gases de combustión y la prevención de depósitos de barniz en los pistones del motor así como el depósito de carbón en los anillos cuando se trabaja a altas temperaturas se logra con aditivos detergentes. De esta misma forma, descrita arriba, se crean especificaciones de aceites para motores diesel, engranajes, para corte, turbinas, etc.
148
Se obtienen a partir del petróleo crudo, luego son tratados en la refinería y transportados hacia la planta de mezcla, donde se le agrega el aceite base mineral (las bases minerales son una mezcla compleja de muchas moléculas de hidrocarburos con diferentes estructuras químicas, las que producen caracteristicas de desempeño diferentes). Finalmente se incorporan los aditivos (en las fábricas) de acuerdo a las especificaciones correspondientes a la
Esquema simplificado de la obtención de aceites minerales. Gentileza de ENAP
aplicación final, para cada tipo de lubricante. Se clasifican en:
Son aceites que cumplen con un standard de temperatura.
149
Son aceites que tienen la capacidad de cumplir satisfactoriamente los requerimientos de lubricación para operaciones a bajas y a altas temperaturas. Un aceite multigrado tendrá mejores propiedades de fluidez a bajas temperaturas (arranque en frío) y mejor protección del motor a la temperatura
de operación. En consecuencia, son aceites para ser usados todo el año. Los aceites multigrados proporcionan mejoras importantes en los motores diesel de trabajo pesado, de camiones y autobuses. La mayor parte de los fabricantes de estos motores aprueban la utilización de aceites multigrado. De hecho, muchos fabricantes recomiendan expresamente aceites multigrado con preferencia a los monogrados. Esto es así, porque los multigrados ofrecen ventajas significativas en ahorro de aceite, de combustible, arranque más fácil
Gentileza de Copec Mobil Ltda.
en frío, menor desgaste en cojinetes y versatilidad.
La principal diferencia, que existe entre monogrado y multigrado, radica en el comportamiento de la viscosidad con las variaciones de temperatura. En los aceites multigrado la viscosidad sufre menos variaciones. Principales beneficios:
Alto nivel de performance. Aceite para todo clima. Optima limpieza del motor. Protección contra el excesivo pulido de cilindros. Prolongados periodos de cambio de aceite.
V I S C O S I D A D
Ventaja de baja temperatura
Grado 40
Grado 15W-40 Diferencia Difer encia de viscosidad viscosidad a alta tem eratu eratura ra
0
100
260
Gráfico 1 TEMPERATURA ºC
Gentileza Shell Chile S.A.C. e I.
150
El gráfico 1 muestra como los aceites multigrados tienen un comportamiento más estable de su viscosidad frente a la temperatura. El gráfico 2 muestra la tendencia en el uso de los aceites multigrados en
comparación a los monogrados. 80
60
Multigrado
40
Monogrado
20
0 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97
Gráfico 2 Gentileza Shell Chile S.A.C. e I.
Un lubricante sintético es un producto que puede utilizar como materia prima una base lubricante derivada del petróleo o sustancias químicas debidamente balanceadas. Se puede definir como un producto elaborado a partir de una reacción química entre varios materiales de bajo peso molecular obtenercaracterísticas otro de alta peso molecular, con ciertas propiedades especificas, como laspara de poseer lubricantes superiores a las l as de los aceites derivados del petróleo.
Gentileza Shell Chile S.A.C. e I.
El desarrollo de los lubricantes sintéticos se ha debido principalmente a que cada día la maquinaria que se produce es más sofisticada y los mecanismos trabajan bajo condiciones de operación más críticas, resultando ineficaces, en no pocos casos, los lubricantes minerales. A esto se suma la crisis energética, que ha creado la necesidad de formular y fabricar lubricantes de larga duración. Las actividades militares y la industria aeroespacial han desempeñado un papel muy importante en las nuevas formulaciones de este tipo de lubricantes.
151
Los lubricantes sintéticos ameritan su utilización cuando se quieran ampliar las frecuencias entre relubricaciones, reducir el consumo de potencia, disminuir la reposición de partes (repuestos) y alcanzar la máxima capacidad productiva de la maquinaria. Antes de utilizar estos lubricantes, es necesario
analizar minuciosamente la conveniencia de su empleo porque son más costosos que los derivados del petróleo, aunque, bien utilizados, su costo real representa solo una mínima referencia respecto al valor inicial de adquisición. El mayor costo se debe a la serie de procesos químicos adicionales a los cuales es necesario someter la base primaria para obtener el lubricante sintético deseado.
Gentileza Shell Chile S.A.C. e I.
Estructura molecular: Reacción
C-C-C-C
C Química
Lubricante Sintético
Si los lubricantes sintéticos han sido seleccionados en forma correcta, prácticamente no representan ninguna desventaja, sin embargo, es conveniente tener en cuenta los siguientes aspectos:
Son más costosos (4 – 8 veces el aceite mineral). No se deben mezclar entre sí. Algunos se evaporan fácilmente. Para ciertas condiciones de trabajo son difíciles de conseguir.
Los lubricantes sintéticos existen desde hace más de cuarenta años. En su desarrollo, los alemanes jugaron un papel muy importante durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la necesidad que tenían de obtener periodos más prolongados entre cambios de aceite en sus equipos bélicos. El motor a reacción cambió la tecnología de la lubricación utilizada en los motores radiales de pistón, al tenerse que emplear lubricantes sintéticos debido a las mayores temperaturas que se presentan como resultado de las velocidades y cargas, cada vez más altas. Las ventajas principales que permiten que estos lubricantes desempeñen correctamente su trabajo son:
152
Mayor de 120. Estos valores
mantiene más estable la viscosidad del aceite, a todas las temperaturas de trabajo del equipo, permitiendo que para la misma aplicación se pueda utilizar un aceite más delgado, lo que permite una mayor evacuación del valor generado.
Soporta
altas
temperaturas,
sin
descomponerse.
Cuando están sometidos a condiciones
oxidables (alta temperatura, humedad, gases y materiales catalizadores, como el cobre), presentan una menor cantidad de oxidación que los de base de hidrocarburo, permitiendo prolongar las frecuencias entre relubricaciones, esto no solo reduce el costo del aceite, sino también el de cambiarlo. Esta característica se puede evaluar de acuerdo al TAN (número ácido total). Ver fig. 18
Se elimina
así cualquier posibilidad de
Gentileza Shell Chile S.A.C. e I.
Fig. 18
que se presenten explosiones.
Cuando son sometidos a
altas temperaturas por encima de la máxima permisible, se evaporan, dejando un porcentaje muy bajo de residuos (en su mayoría no carbonosos), lo que garantiza que no existe taponamiento de los conductos de lubricación.
Se separan rápidamente del agua.
Evacuan rápidamente el calor producido
durante el funcionamiento del mecanismo.
La película lubricante es
polar, con una fuerte afinidad por los metales, lo que hace que el lubricante en lugar de ser desplazado de la superficie metálica, se adhiera más a ella, formando correctamente la película lubricante y por ende evitando el excesivo desgaste.
Reducen el consumo de energía en los
equipos que lubrican, aproximadamente en un 11%, como resultado de la disminución del frotamiento mecánico, obteniendo así, una mayor economía de combustible. El roce genera calor y la temperatura muy elevada de un aceite indica desperdicio de energía. Al medirse la temperatura durante pruebas similares con aceites minerales y sintéticos, se observó que los lubricantes sintéticos trabajan en promedio 11ºC por debajo de los convencionales.
A causa de su estructura molecular, el
153
coeficiente de tracción (una medida análoga al coeficiente de rozamiento respecto a los sólidos) se puede proyectar con un valor más bajo que el de los aceites minerales. Este parámetro es la relación entre la fuerza necesaria para mover un mecanismo lubricado y la carga que soporta. La película lubricante que separa los componentes de una máquina ha de someterse a esfuerzos de corte para permitir el movimiento relativo y cuanto mayor sea el coeficiente de
tracción tanto mayor será la fuerza de corte necesaria. A los coeficientes de corte elevados puede obedecer gran parte de la falta de rendimiento en la transmisión de potencia.
Se clasifican igual que los aceites de base mineral en:
Aceites ISO en cSt a 40ºC Grasas NLGI 1,2 y 3
SAE API MIL-L
De acuerdo a las necesidades que se tenga, se pueden clasificar en los siguientes grupos genéricos:
Hidrocarburos sintetizados Olefinas oligometricas o polialfaolefinas (PAO) Aromáticos alquilatados Polibutanos Cicloalifáticos Esteres orgánicos Esteres de ácidos dibásicos Esteres de poliol Poliglicoles Esteres de fosfato Otros Siliconas Esteres de polifenil
Fluorocarbonosos Compuestos de boratos
Se deben tener en cuenta los siguientes factores para justificar el empleo de un aceite sintético:
Control de la fricción y el desgaste. Temperatura de operación (alta o baja). Compatibilidad con los productos procesados (telas, alimentos, etc.). Control de la corrosión y de la herrumbre. Paros en la producción. Control de contaminantes, como gases de hidrocarburo (propano, isobutano, etileno, agua, sal, ácidos, etc.). Alta detergencia y capacidad de limpieza natural.
154
Tendencia a ablandar los cauchos (usados en los equipos como retenes)
Que un lubricante sea sintético, no significa que sirva para cualquier condición de operación porque, donde uno puede ofrecer excelentes resultados, el otro puede acarrear consecuencias catastróficas en el funcionamiento del equipo. En la siguiente tabla se da una guía de selección del lubricante
sintético, de acuerdo con la temperatura de trabajo.
Tipo de lubricante sintético Hidrocarburos sinterizados Esteres de ácido dibásicos Esteres de poliol Poliglicoles Esteres de fosfato
ºC -40 -38 -25 -29 -26
180 180 222 222 149
Para seleccionar correctamente un lubricante sintético, se deben seguir los siguientes pasos: Para un aceite sintético
Hallar el grado ISO del aceite, de acuerdo con la temperatura de operación del equipo. Por lo general se requiere un aceite de uno o más grados ISO por debajo delviscosidad que se utilizaría si fuera derivado del petróleo, debido al mayor índice de de estos aceites. Seleccionar la base sintética requerida, de acuerdo a las condiciones a las que el equipo va a operar (temperatura, contaminantes, etc.). Hacer el análisis de costo, con el fin de determinar su factibilidad económica. Verificar que exista un equivalente en el mercado. Compatibilidad con otros aceites.
Para una grasa sintética
Hallar el grado NLGI de la grasa, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del equipo. Hallar la grasa requerida, teniendo en cuenta la temperatura de trabajo, factor de velocidad, viscosidad del aceite base, medio de trabajo, etc. Hacer un análisis evaluativo de costos.
Verificar la compatibilidad de los sellos con el aceite.
Debido a la alta detergencia natural de los lubricantes sintéticos, es necesario que el mecanismo en donde se vaya a implementar esté completamente limpio y libre de toda traza del lubricante que se venía utilizando. De lo contrario, se corre el riesgo de que se presente una falla grave en el equipo. Este puede ser, por ejemplo, el caso de un compresor alternativo de doble efecto, en donde se venía aplicando, a plena pedida en los cilindros, un aceite derivado del petróleo (incluso semisintético) y luego se reemplaza por
(30)
Tabla obtenida de Shell Chile S.A.C. e I., Correo Técnico Nº4 – 1997
155
un aceite sintético sin haber liberado antes de cualquier residuo las partes internas de la cámara de compresión, como el interior de las válvulas, el cilindro, pistón, anillos y ranuras, y todo el circuito de lubricación, como tuberías, vasos lubricadores y el deposito del aceite. Puede ocurrir en este caso que el carbón y las gomas que se han venido formando en las válvulas y ranuras de los anillos, como consecuencia de altas temperaturas generadas durante el
ciclo de compresión, al lavarlas el aceite sintético, se represen en el orificio de entrada del aceite al cilindro, originando un semitaponamiento que interrumpe el libre flujo de aceite, ocasionando, por lo tanto, la falla del compresor. Este problema puede llegar a ser más crítico en sistemas circulatorios. Para evitar problemas con la detergencia natural de los aceites sintéticos, se recomienda implementarlos una vez se realice un mantenimiento completo al equipo, garantizándose así una limpieza total de los diferentes mecanismos que lo conforman. Se debe chequear periódicamente el nivel del aceite debido a que algunos se evaporan con relativa facilidad.
Nunca se debe rellenar con un aceite diferente al que se esté usando y menos si es de base mineral.
Si consideramos las condiciones a que está expuesto el aceite durante su servicio en el motor, no es difícil llegar a la conclusión de que su vida útil tendrá siempre un límite. Existen dos factores básicos en el deterioro de un aceite lubricante: 1. Contaminación. 2. Oxidación o falla interna.
En términos generales, la vida útil de un lubricante de primera calidad está más limitada por los contaminantes externos que por la falla propia o interna del mismo. Las principales fuentes de contaminación que existen en un motor son:
Cierta cantidad de polvo, tierra y aún
arenillas llegan hasta el aceite a través del sistema de admisión y por la ventilación del cárter.
Sustancias que se forman durante la
combustión inevitablemente penetran el aceite. Estas sustancias incluyen agua, ácidos y hollín preferentemente. En los motores a gasolina, también se encuentran compuestos de plomo, insolubles en el aceite.
Este llega al cárter desde los cilindros y su
presencia es principalmente debido a una combustión incompleta.
Herrumbre y otras sustancias pueden llegar al
aceite como resultado del ataque corrosivo en los cilindros y otras partes metálicas por los productos acídicos de la combustión
156
Es inevitable que exista cierto desgaste. Esto sucede
especialmente en el periodo de asentamiento de un motor. Minúsculas partículas metálicas que se quiebran y una vez desprendidas son arrastradas por la corriente del aceite.
El deterioro de un aceite es parcialmente debido a variaciones internas las que se producen a través de la reacción del oxígeno. Estas reacciones implican cambios en la estructura química del lubricante. A baja temperatura el aceite se oxida lentamente, pero cuando la temperatura aumenta, el proceso se acelera notablemente. En tales casos las superficies calientes actúan de catalizador por su tipo de metal. Los productos de la oxidación del aceite incluyen sustancias ácidas débiles que si bien son solubles en el lubricante al principio, más tarde precipitan formando las llamadas “borras” o material que también se llama “asfáltico”. Otros productos de oxidación son las llamadas “lacas” o material “carbonoso” que tiende a depositarse donde existe una película delgada de lubricante expuesta a elevada temperatura.
Los efectos más inmediatos de la contaminación y degradación de un lubricante pueden identificarse identificarse como gran desgaste y corrosión, formación de depósitos y borras, cambios de viscosidad (habrá un aumento de viscosidad o una reducción dependiendo en que la dilución por combustible sobrepase o no a los factores que normalmente hacen aumentar la viscosidad original). Dificultades de muchos tipos pueden originarse directa o indirectamente de los efectos enunciados más arriba. Desgaste y corrosión. Desgaste por abrasión de partículas sólidas presentes ya sea en el aceite o en las superficies de trabajo. Por falla de la película de lubricación por excesivo adelgazamiento del aceite, por obturación de conductos de lubricación debido a la presencia de borras.
Desgaste por corrosión ácida debido a operación del motor a temperaturas muy bajas (motores que operan sin termostato, por ejemplo). Formación de depósitos, borras y barnices. Es una indicación evidente del deterioro de un lubricante. Depósitos carbonosos en la cámara de combustión, válvulas y partes superiores del embolo. Las temperaturas reinantes de estos lugares hacen imposible que un aceite no se queme por lo menos parcialmente. En todo caso es preferible la formación de carbones blandos y untuosos y no de carbones tipo coke (duros).
Lacas o barnices que varían desde el color amarillo al negro. Se forman donde hay películas delgadas de aceite y al mismo tiempo poco aire disponible (faldas de émbolos y espacio entre anillos). Borras cuya naturaleza varía mucho. Existen dos tipos “secas” y “húmedas” (con agua). Las primeras están constituidas por productos sólidos o semisólidos de combustión y oxidación junto con partículas metálicas. Son
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pastosas o más o menos sólidas. Parecen granos de café. El otro tipo son las borras que contienen cantidades apreciables de agua. Forman batidos del tipo mayonesa. Se forman por la condensación de vapores de agua formada por la combustión cuando el motor opera muy frío. Son emulsión de hollín y productos de oxidación.
Cambios de viscosidad, dilución por combustible La influencia del tipo de combustible es básica en la disminución de la viscosidad del lubricante y varía con el tipo de motor.
La dilución por gasolina puede causar una notable reducción de la viscosidad dando lugar a un elevado consumo de lubricante y aún a la falla total de la película de lubricación. Afortunadamente este combustible es altamente volátil y lo anterior no sucederá a no ser de que el motor se operara a temperaturas sumamente bajas. El kerosene baja también la viscosidad con consecuencias parecidas a la gasolina, pero en este caso, el combustible es mucho menos volátil y el motor tendrá por fuerza que ser operado a temperaturas bastantes más altas. No debe permitirse que la temperatura del agua de enfriamiento baje de los 80ºC (170º - 180ºF). En el motor diesel existe la tendencia del aceite a aumentar su viscosidad debido a la mayor formación de hollín. También se produce dilución por diesel, pero no con tan malas consecuencias como los casos anteriores.
De todo lo anterior es obvio concluir que el lubricante debe ser cambiado en forma periódica. Esto se aplica no solo al motor, sino que también a cajas de cambios, diferenciales, mandos finales, tomas de fuerzas, etc. Los fabricantes del equipo indican para cada modelo los periodos de cambio del lubricante. Estos periodos se basan generalmente en horas de trabajo. Cuando el fabricante de un motor indica un periodo de uso de un lubricante, lo ha basado en condiciones término medio de operación. Sin embargo, en la practica el grado de deterioración del lubricante variará de acuerdo a las circunstancias. Si estas son adversas convendrá acortar estos periodos. Esto se aplica especialmente sí: El motor se opera muy frío, en tiempo frío o en trabajo con muchas intermitencias. Este tipo de operación aumente la degradación del lubricante
desde el punto de vista de contaminación con el combustible. El motor opera muy caliente, en tiempo caluroso o en trabajo pesado. Este tipo de operación acelera la degradación del aceite mismo.
El equipo trabaja en condiciones de mucho polvo. Si el filtro de aire o el filtro de aceite no trabajan bien, grandes cantidades de material abrasivo estarán presentes en el lubricante.
Muchas veces será necesario y beneficioso cortar a la mitad el periodo de uso recomendado. En la mayoría de los casos el periodo recomendado por el fabricante está muy bien calculado y bastara ceñirse a ellos para obtener un buen servicio del lubricante. Nunca deben excederse aunque se use el mejor aceite.
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Al cambiar el aceite, vacíe siempre el cárter después de haber trabajado el motor. El aceite está caliente y bien agitado, escurriendo fácilmente arrastrando consigo los contaminantes que si no quedarán en el interior del motor. Permita que el aceite usado se vacíe totalmente.
Todos los fabricantes de automóviles y compañías de lubricantes recomiendan el cambio periódico del aceite, por lo que debe haber buenas razones para ello. Siendo estas: Durante su operación, todos los motores absorben o producen gran variedad de materiales que contaminan el aceite y reducen progresivamente su habilidad para proteger el motor contra los efectos negativos sobre su rendimiento.
Por cada litro de gasolina que se quema, un motor absorbe aproximadamente 9.000 lts de aire. Este aire nunca estará libre de polvo abrasivo. Ningún filtro del carburador o del tapón respiradero del cárter es 100% eficaz, por lo que, ciertos elementos abrasivos penetran hasta la película de aceite que está sobre las paredes del cilindro y por fuga llegan al aceite del cárter. Siempre causan desgaste.
La combustión nunca es perfecta y es especialmente mala mientras el motor no alcance una temperatura adecuada de operación. En estas condiciones parte del combustible sin quemar pasa al cárter diluyendo y contaminando el aceite. Si el motor funciona con una mezcla aire/combustible rica, produce lodos
y materiales que propician la formación de barniz. A pesar de los filtros de aceite, estos materiales pueden formar depósitos. Los aditivos detergentes dispersantes mantienen estas impurezas en suspensión en el lubricante, para que no dañen y para poder así eliminarlas al drenar el aceite del cárter. Al quemarse la gasolina forma vapor de agua. Las paredes frías de los cilindros condensan este vapor y los gases de combustión lo convierten en ácidos. Los materiales se oxidan y se corroen por la acción de este ácido, los filtros se obstruyen con él, causa desgaste y aumenta la formación de lodos. Los Inhibidores de herrumbre y corrosión se agotan al realizar su trabajo neutralizando y evitando la herrumbre.
Conforme se desgastan los pistones, anillos y cilindros, aumentan las fugas al igual que la contaminación del aceite. Los autos viejos, al igual que los nuevos, necesitan un buen aceite.
La operación a temperaturas extremadamente altas causa oxidación del aceite, espesándolo, formando lodos, barniz y ácidos que corroen algunos metales. Los Inhibidores de oxidación se utilizan para evitar estos problemas, sin embargo se agotan con el uso.
Los aditivos antidesgaste también se consumen al hacer su trabajo.
Hasta el mejor aceite solo lubricará efectivamente por un determinado tiempo. No es culpa del aceite, pero alguna de sus propiedades se agotan al contrarrestar la acción de los contaminantes. Esto es especialmente importante en aquellos motores donde no se hacen las revisiones y servicios periódicos recomendados por los fabricantes. El cambio de aceite es indispensable para eliminar los aditivos gastados y eliminar los contaminantes.
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Debe cambiarse el aceite antes de que su viscosidad, por la contaminación con combustible, disminuya a límites peligrosos y antes de que el uso prolongado agote sus aditivos. Momentos en que la vida y el
funcionamiento del motor empiezan a afectarse. La frecuencia con que esto sucede depende de diversas variables que incluyen: Operaciones a altas velocidades en climas calientes hasta arranques y paros continuos en climas fríos. Este último tipo de servicio es el que presenta mayores dificultades.
El estado y la conservación del motor pueden variar desde buenos a malos. El encendido y la carburación afectan la combustión al igual que la condición del filtro de aire. Los filtros de aceite descuidados pueden llegar a ser inservibles. Los motores viejos tienen más contaminación que los nuevos, debido a la existencia de mayores fugas.
Las recomendaciones de los fabricantes respecto a la frecuencia de cambio de aceite varían desde 3000 kms. a menos 9000 kms. Hablando en función de tiempo, van de 60 días a seis meses. Los cambios se recomiendan en el límite que alcance primero. Por ejemplo uno de los principales fabricantes de automóviles recomienda que “el aceite del motor debe cambiarse cada tres
meses ó 6000 kms. Lo que ocurra primero”. Con frecuencia los fabricantes de autos enumeran en el manual del propietario las excepciones a la regla general de recomendaciones para el cambio de aceite, tales como “condiciones severas de operación como lo es transitar con frecuencia en caminos polvorosos o zonas arenosas o bien viajes muy cortos en climas fríos, casos en los que el cambio de aceite debe ser más frecuente que cada tres meses”.
Otros fabricantes que indican las excepciones a sus recomendaciones generales incluyen: largos periodos sin funcionamiento, remolcar, viajes cortos que evita que el automóvil alcance su temperatura normal de trabajo, servicio en que el trabajo sea de 15 kms. o menos, operación prolongada a temperatura inferior a cero y operación en caminos sin pavimentar, con exceso de polvo.
Considerando todos estos factores y la multitud de recomendaciones hechas al respecto, es evidente que se requiere una recomendación más sencilla que incluya todas estas diferencias y que deje un margen de seguridad para los motores que operan en condiciones adversas. Con este objetivo, en estados unidos, la API dice: “Cambie su aceite, por lo menos, cada tres meses ó 4500 kms. Lo que suceda primero”. Considerando que los caminos en los estados unidos son mejores y que en chile el costo promedio y la antigüedad de los vehículos es mayor, el límite impuesto por API para Norteamérica para el cambio de aceite del motor resultaría, por consiguiente, un tanto prolongado para asegurar en todos los casos una larga vida útil del motor de un vehículo.
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Todos los motores consumen una cierta cantidad de aceite, dependiendo de su diseño, modelo, estado mecánico y condiciones de funcionamiento. Este consumo que es normal, puede aumentar por fugas mecánicas, operación a altas velocidades, conductos de lubricación obstruidos, asentamiento incorrecto,
etc. Como ejemplo, podemos citar que el consumo de aceite del motor a 90 kms/hora de velocidad del automóvil es aproximadamente el doble del que se produce a 45 kms/hora. Esta proporción aumenta al triple entre los 90 y 120 kms/hora. Es común encontrar automovilistas que digan que su vehículo no consume aceite. Esto se debe principalmente a que el volumen consumido ha sido reemplazado por los contaminantes ya mencionados, especialmente por combustible sin quemar. Podemos encontrar a estas personas, entre aquellos automovilistas que acostumbran a hacer recorridos cortos, en tiempo frío.
Imaginemos que un automovilista, antes de empezar un viaje, entre Santiago y Valparaíso, tuviera la precaución de medir el nivel de aceite, luego al llegar a su destino, repitiera la operación. Probablemente encontraría que éste habría disminuido en forma importante. Pensando que el tipo de aceite usado originalmente era de mala calidad, rellenaría el cárter con un lubricante de otra marca. Al llegar de regreso a Santiago y volver a medir el nivel de aceite comprobará que este no ha disminuido con lo que creerá, erróneamente, que su cambio de proveedor fue acertado. Lo que ha ocurrido en realidad, es que en el primer trayecto, a consecuencias del calentamiento y ventilación adecuados experimentados por el motor se han evaporado y eliminado la totalidad de los contaminantes líquidos, lo que no podría ya ocurrir en el segundo tramo.
Tal como se entregan, los lubricantes son el producto final de una amplia y cuidadosa labor de investigación, de refinación y pruebas. Pero durante el almacenamiento, después de la entrega, pueden ocurrir varias cosas que deterioren su calidad. Un manejo descuidado, la contaminación, la exposición a temperaturas anormales, etc. Todos estos factores pueden traducirse en derroche, daño a la maquinaria, deterioro de los lubricantes, mayores costos de mantenimiento y hasta pérdida de la producción. La necesidad de impedir la contaminación de los productos de petróleo, ha sido siempre un importante punto de vista en los programas de mantenimiento preventivo – esto es tan importante para los lubricantes como para los combustibles, y las precauciones que se toman para los combustibles, deben ser aún mayores en el caso de los lubricantes, ya que estos representan prácticamente la vida útil de un elemento de máquina. – Como los lubricantes se manejan en envases pequeños, el riesgo de contaminación es mayor que en el caso de los combustibles. Los envases utilizados para aceites y Fig. 19 Gentileza ENAP grasas lubricantes son robustos, pero
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no indestructibles, y al no cuidarlos pueden dañarse, causando la entrada de suciedades y pérdidas de aceite. Por ej. Los tambores de aceite y grasa, cuando se reciben, no deben tirarse desde la plataforma del camión o del ferrocarril. Si no existe un elevador o carretilla mecánica, pueden deslizarse por una simple planchada (Fig. 19).
El manipuleo adecuado no se limita a firmas grandes, las que poseen equipo mecánico idóneo. Además de la simple planchada, existen otras instalaciones mecánicas operadas a mano o motorizadas y que se utilizan en la carga o descarga de los envases de lubricantes.
Se debe evitar el almacenamiento al aire libre, en la medida que sea posible. La acción de la interperie destruye pronto las etiquetas en los envases, conduciendo a posibles Fig. 20 Gentileza ENAP
errores en la elección de lubricante para aplicaciones especificas. La contaminación con humedad es importante cuando se debe almacenar la interperie. En muchos casosa se introducea agua en los tambores debido la condensación o simplemente por la lluvia, aún cuando estén herméticamente cerrados, por el hecho de ser succionada a través del tapón al dilatarse y contraerse el tambor y su contenido.
Fig. 21 Gentileza ENAP
En el caso de que se deban almacenar cilindros a la interperie, es necesario colocarlos inclinados y cubrirlos con una capa impermeable o construir un refugio provisorio. (Fig. 20).
Es aconsejable voltear el cilindro en forma que los tapones queden hacia abajo, o bien colocarlos sobre su costado. En este caso hay que ponerlos en forma tal que los tapones queden en forma horizontal, paralelos al suelo. (Fig. 21). Hay cuatro recomendaciones importantes para el almacenaje a la interperie, a saber:
Colocar una protección adecuada. Colocar los cilindros en forma que no puedan respirar a través de los tapones. Asegurarse que los tapones estén bien apretados si los cilindros se van a mover. Antes de sacar el tapón de un cilindro, limpiar bien la superficie alrededor de los tapones.
Indudablemente que el almacenamiento en una bodega cerrada, es el más conveniente. La bodega de los aceites debe estar alejada de posibles fuentes de contaminación industrial, tales como polvo de coque, polvo de cemento, pelusas de paños y formas similares de partículas extrañas u hollín. Dicha bodega se debe conservar siempre limpia. Esto rige también para el equipo de suministro, no debiendo permitirse jamas que este se ensucie, ya que esto se traduce en contaminación.
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La contaminación y la confusión de los productos son las dos cosas principales que se deben evitar en el manejo de envases parcialmente vaciados y de equipos repartidores. Por lo tanto es esencial que se proceda metódicamente y en orden. Las etiquetas de todos los equipos y envases se deben mantener siempre legibles.
Jamas se deben usar envases galvanizados para transportar aceite. Muchos de los aceites industriales, actualmente en uso, contienen aditivos que reaccionan con el cinc de la galvanización, formando jabones metálicos que obstruirí obstruirían an entonces los pequeños conductos de aceite, las mechas, etc.
Fig. 22
Gentileza ENAP
Cuando se están almacenando productos volátiles, tales como gasolina, petróleo diesel, parafina o solventes es recomendable colocar un cable eléctrico conectado a tierra. (ver Fig. 22).
Los aceites y grasas lubricantes constituyen una clase de material relativamente inocua. Su uso no implica ningún riesgo inusitado, siempre que se adopten medidas comunes y corrientes para mantenerlos alejados de la piel y para evitar la inhalación de sus vapores y partículas dispersas. Para el personal que maneja regularmente productos derivados del petróleo, se recomiendan las siguientes medidas preventivas:
Evitar todos los contactos necesarios y usar equipo protector para impedir el contacto. Quitar prontamente cualquier producto derivado del petróleo que llegue a la piel. No usar gasolina, nafta, aguarrás o disolventes similares para quitar aceite y grasa de la piel. Usar un detergente sin agua para las manos o un jabón suave con agua caliente y una escobilla blanda. Use solamente toallas limpias, no trapos sucios. Quitar inmediatamente toda la ropa contaminada. Lávela con agua y jabón o en seco antes de volver a usarla. Usar en el trabajo una crema protectora para las manos y vuelva a aplicarla cada vez que se lave las manos. Después de las horas de trabajo, use una crema simple para reemplazar las grasas y aceites naturales eliminados de la piel por el lavado. Lavar las manos y los brazos al final de la jornada de trabajo y antes de comer. Solicitar primeros auxilios en cada corte y rasguño. Evitar respirar emanaciones de aceite o vapores de disolventes. Mantener limpia el área de trabajo. Limpiar inmediatamente los productos de petróleo derramados. No dejarlos entrar en alcantarillas, corrientes o cursos de agua. Consultar con la asistencia publica todos los problemas que presenten un peligro potencial para la salud. El manipuleo de los cilindros de lubricantes debe realizarse con ayuda
mecánica, en especial cuando hay movimiento de entrada y salida de bodega.
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Estos elementos mecánicos son muy variados. Pueden ser elementales carretillas de mano (Fig. 23), tecles mecánicos, elevadores hidráulicos y otros variados sistemas. El mayor movimiento de cilindros
se debería realizar entre el área de carga y la bodega del lubricante. También se incluye en el movimiento de cilindros la colocación de estos en sus casilleros, clasificación, aceites en mal estado y
Fig. 23
tambores vacíos.
Gentileza ENAP
Existen variados elementos para realizar el suministro de lubricantes. Alguno de ellos se pueden apreciarse en las figuras 24, 25, y 26. El empleo de uno u otro sistema depende de la cantidad y rapidez con que debe ser entregado el lubricante. (por ej., Los sistemas manuales proporcionan entregas más lentas que los sistemas automáticos por aire comprimido). La limpieza de estos elementos es importante. Debe Fig. 24 Fig. 25 hacerse en forma regular, pero no Gentileza ENAP hay que limitar esta limpieza a un lavado del equipo en forma superficial. Una buena limpieza debe hacerse con un solvente adecuado, (punto de inflamación de 100ºF como mínimo) y luego los implementos hay que secarlos conve- nientemente. Como norma de seguridad se debe tener adecuada ventilación y cubrir conveniente- mente los estanques de lavado. En el caso de las grasas, debido a su consistencia, se encuentran algunos problemas en el trasvasijo del cilindro a Gentileza ENAP los elementos de entrega. Una paleta metálica ayuda en estos casos, pero los problemas de más importancia provienen de las suciedades y otros contaminantes que se depositan en la superficie de la grasa, cuando los cilindros están abiertos. Se debe tener mucho cuidado y mantener siempre los cilindros cerrados cuando no se usan. Para la lubricación con grasa, generalmente, se usan graseras manuales o bien con aire comprimido: en el primer caso, el cilindro puede usarse como deposito y sobre su parte superior se monta la engrasadora. En el segundo caso, es necesario llenar el deposito con grasa, vaciando desde el cilindro. Fig. 26
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Hasta soltar una unión con una llave sucia puede ser peligroso. Y, recordar también, que partículas extrañas en el lado externo del equipo, pueden a menudo ocasionar problemas si más tarde ensucian el aceite. Determinar un programa definitivo para la mantención de filtros y coladores. Algunos coladores son diseñados para que el operados de la máquina pueda limpiarlos varias veces al día. frecuentes el acumulado puede ser eliminado por En el periodos operario menos de mantención. Si polvo se está empleando filtros (asegurándose que sean adecuados al aceite que se está usando) mantenga elementos extra a mano y no deje de reemplazar partes sucias en un programa estricto. Puede que el fabricante de su equipo lo haya diseñado para que el polvo no pudiera entrar fácilmente al sistema hidráulico durante la operación. Pero esto no es una razón para que no se pueda estudiar sus propias condiciones de operación ya sea para realicen una o varias mejoras.
De vez en cuando, quien usa un aceite hidráulico no toma muy en serio esta recomendación. Quizás confía mucho de las declaraciones del proveedor del lubricante que su producto el agua con toda facilidad. Pero se debe tomar ende cuenta que el agua rechaza es una invitación al desastre; independiente de la capacidad del aceite para funcionar bien en presencia del agua. El agua entra al aceite hidráulico principalmente por condensación. Tomando un ejemplo típico: cargar el sistema con un aceite seco, totalmente nuevo y ponerlo en operación. Suponer que se esta trabajando en un turno, la unidad se para al final del día y no recomienda su operación hasta después de 12 o 14 horas. Durante este periodo de detención, el aire se calienta en el deposito el lubricante y quizás en otras partes del sistema se enfrié a temperatura ambiente. Bajo muchas condiciones atmosféricas se condensa agua del aire y se mezcla con el aceite hidráulico. Repetir este proceso una y otra vez y en muy poco tiempo una apreciable cantidad de agua se ha mezclado con el aceite. La manera más fácil de eliminar el agua, previendo que el aceite resista la emulsión, es drenarlo frecuentemente desde puntos bajos del sistema por las válvulas que normalmentealmacenar son provistas para ello. Estanque mejor, a vaciar el sistema completamente, el aceite en un deveces, decantación y volverlo al servicio después de que el agua ha tenido tiempo de decantar o, usar una centrifuga si se dispusiese e ella.
Es necesario decir que no puede obtenerse un optimo rendimiento de un sistema hidráulico que no este limpio. Bajo condiciones ideales, un sistema puede estar limpio indefinidamente si es usado un aceite hidráulico adecuado. Pero es más probable que no, la humedad, aceite oxidado, o contaminantes tales como grasa, aceite emulsionantes, arenas, pintura, partículas abrasivas y motas de hilos con pasta para sellos de empaquetaduras entren y ensucien el sistema en un corto periodo.
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La mejor manera de asegurarse que una pieza este limpia es sacarla primero. Luego, puede ser limpiada con solventes y donde sea necesario y practico con raspadores y escobillas de acero. Puede usarse cualquier solvente para la limpieza de metales que no afecte a superficies metálicas. Este procedimiento tiene el serio inconveniente de un alto costo e tiempo y pérdida de producción. Por lo tanto, se le considera como un último recurso.
Un segundo método es lavar el sistema con un aceite muy liviano, kerosene o un solvente con cloro. Pero este procedimiento tiene también algunas desventajas. Para lavar el sistema tiene que retirarlo de la operación. Además, es siempre difícil sacar del sistema los componentes del lavado y esto significa que la carga del nuevo aceite esta en el límite de ser diluida. Cuando se usa un compuesto con cloro, hay peligro de que reaccione para formar ácidos muy corrosivos. Finalmente, los componentes de lavado son también livianos como para arrastrar sólidos hasta el punto donde pueda sacarlos. El procedimiento mucho más simple y que ha encontrado aceptación en la industria, es la limpieza con aceites que contengan componentes que eliminen la goma y sedimentos, arrastren herrumbre suelta y den una máxima protección contra la oxidación. Estos fluidos contienen inhibidores a la oxidación, los cuales mantienen estabilidad durante las operaciones de limpieza y protegen al sistema de más oxidación después que las piezas han sido limpiadas. He aquí seis simples pasos a seguir cuando se usan estos aceites:
Drene el sistema. Limpie filtros, coladores y el deposito de aceite. Llene el sistema con el aceite de viscosidad adecuada para el equipo.
Opere la máquina en producción. Es posible usualmente limpiar un sistema en 50 horas o menos.
Mientras el líquido de limpieza este en el sistema, revise frecuentemente los filtros, coladores y depósitos de aceite, y limpie cuando sea necesario.
Al final de la limpieza, drene el sistema. Los filtros, coladores y el deposito deberían estar meticulosamente limpios.
Rellene el sistema con aceite hidráulico recomendado. Si un sistema esta excesivamente sucio, todo el procedimiento de limpieza puede repetirse.
Mientras hablamos de limpieza, existe otro punto que no debería ser desconocido: con frecuencia la limpieza de un sistema es como ponerle candado al corral después que se h han an robado el caballo. Muchos sistemas se ensucian por deficiencias que se pueden controlar. Siga las instrucciones del fabricante para la instalación y operación, use un aceite hidráulico adecuado, ponga en practica un programa de mantención preventivo y, pocas veces tendrá que recurrir a un proceso de limpieza.
Para muchas flotas es práctica común realizar análisis periódicos del aceite. Esto es un procedimiento excelente porque se puede detectar un problema antes de que tome la delantera. Puede que se mire mal esta clase de procedimiento porque muestra ser algo innecesario. Pero, mírenlo de esta manera: el aceite forma parte de su equipo. Si hay razón en revisar los líquidos de soporte, válvulas de asiento, luego mayor sentido tiene revisar el
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comportamiento del sistema hidráulico. Pocas maestranzas tienen las facilidades para analizar un análisis completo de las condiciones del aceite. Y aún contando con el equipo necesario es hacer a veces difícil hacer una apreciación justa e inteligente sin la asesoría de un técnico en lubricantes. Por el otro lado, es muy fácil, sin recurrir a algún análisis de laboratorio, descubrir pistas muy útiles. Se pueden palpar pequeños restos ásperos en una mancha
de aceite. Se puede puede ver un cambio en el color. Por el olfato se puede algunas veces detectar un cambio químico en el aceite. Por supuesto, algunos de los cambios que se pueden detectar pueden tener poca o ninguna importancia, y es por eso que es mejor adoptar un procedimiento más científico.
Asegurarse de que el sistema este limpio cada vez que se cambie o agregue aceite. Si solo se esta haciendo relleno, asegurarse también que el aceite todavía este limpio en el sistema. Si no, drenar, filtrar o centrifugarlo; cuando esto no procede, rellenar completamente el sistema con unas carga de un aceite nuevo que dará resultados satisfactorios bajo las condiciones reinantes.
Mucho se escucha acerca de la mantención preventiva, los controles de rutina, limpieza y ajuste del equipo para evitar problemas. Cada parte del equipo tiene que producir y durar, así que hay sobrada razón para adoptar un programa rígido de mantención preventiva, y nadie tiene problemas en convencer de ello a gerencia. No hay duda de que el adoptar un rígido programa de mantención preventiva puede dar dividendos. Puede ser aplicado para cualquier parte de una unidad. Sobre todo, es natural para sistemas operados hidráulicamente, porque a veces puede detectarse señales de problemas en el futuro, mucho antes de que ocurra algo serio. Usualmente, aún cuando no pueden llamarse como tales, se podrá encontrar programas de mantención preventiva perfectamente satisfactorios en los catálogos de su equipo. Se puede sacar provecho de mucha de la información útil sobre la materia contenida en los párrafos precedentes. No importa el origen de la información, la principal preocupación seria adoptar un programa de mantención preventiva que encuadre en su esquema de trabajo y hacer que funcione.
Hay mucho que decir de un drenaje periódico de un sistema hidráulico, pero esto es la única manera de eliminar acumulaciones de impurezas que eventualmente pueden originar problemas. El drenaje es también la mejor manera de desacerse de un aceite ya sobreusado, el cual nunca debería mezclarse con un aceite nuevo, si se ha propuesto conseguir un máximo rendimiento. Con que frecuencia deberían ser los drenajes es ya otro asunto. Muchos factores deben ser ya considerados. En casos muy raros, puede que no sea necesario hacer un drenaje de aceite por años. Con frecuencia es imposible establecer un programa rígido de drenaje, pero para alejar serios problemas se debe drenar en cuanto a la acumulación de impurezas o productos que deterioran el aceite alcancen niveles peligrosos. Se ha de saber, los periodos de drenaje son determinados por referencia a:
La calidad original del aceite y, Las condiciones de operación.
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Con frecuencia al aceite se le acusa por problemas que no ha cau causados, sados, y, en cambio, es a veces la verdadera pero insospechada raíz de una deficiencia. Por su puesto. Existen literalmente cientos de causas de problemas.
Muchos de ellos nada tiene que ver con el aceite. Cubrir todos los problemas significaría abarcar cada sistema particular, porque cada uno tiene sus propias peculiaridades.
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Altas velocidades.
Aceite.
La grasa aumentaría la fricción fluida y por
consiguiente la temperatura se eleva. Bajas velocidades.
Grasa.
Si se usa un aceite, existe dificultad para mantener la película. La grasa ofrece lubricación adecuada aún en condiciones peligrosas de operación.
Cargas elevadas o de choque.
Grasa.
Da mejores resultados a baja velocidad y en operaciones intermitentes y reversibles.
Aceite. Ofrece menor resistencia que la grasa.
Bajo torque. Grasa.
No se cae.
Posición vertical. Grasa.
Actúa como sellos en los cojinetes.
Ambientes sucios. Grasa. Posiciones inaccesibles.
Grasa. Superficies de chumaceras expuestas a interperie. Aceite. Sistemas complejos de cojinetes. Aceite. Cuando se requiere que no exista un goteo o salpicado del lubricante.
Se obtienen periodos de lubricación más prolongados, larga vida útil en las piezas. Se adhiere mejor a las superficies, protegiéndolas mejor que el aceite. Los sistemas de lubricación mecánicos son más simples para un aceite que para una grasa. Existe menos posibilidad
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Hoy en día se exige que los aceites lubricantes sean “biodegradables”. Esto residual significapor quevías un naturales aceite lubricante ha de degradarse hasta un porcentaje y en el transcurso de un determinado periodo de tiempo. La degradabilidad es siempre correlativa a los microorganismos (bacterias, protozoos) que transforman el aceite lubricante, por ejemplo en aguas y en sustancias innocuas, sin que esto afecte al equilibrio biológico. Con lo que se ponen límites radicales al desarrollo técnico. No se deben usar materias primas químicas especialmente estables. La evolución de los aceites lubricantes ya está bastante adelantada. Los aceites sintéticos conocidos tienen un rendimiento extraordinario cuando son seleccionados pertinentemente. En muchas ocasiones, su elevado precio es un obstáculo. Solamente la relación real precio – beneficio es convincente. Nopreferencialmente, hay lugar a dudas, protección del amedio ambiente se logra cuando, nolasemejor obtienen productos degradar, es decir, con una drástica reducción de las cantidades de aplicación
Los aceites sometidos a usos anteriores y que por envejecimiento e impurezas, no son adecuados para aplicaciones posteriores como aceites lubricantes, eventualmente pueden utilizarse todavía, después de su purificación, para puntos de lubricación menos importantes, por ejemplo para lubricación de pérdida, en calidad de regenerados. La eliminación de los lubricantes y aceites para corte usados, sin producir contaminación, ha adquirido creciente importancia y exige atención continua. Cada día hay más reglamentos en cuanto a la eliminación de los desechos. Dependiendo de los materiales específicos, recomiendany quemarlos métodos alternativos, como reciclado, mezclarlos consecombustibles o, en ciertastales zonas de Estados Unidos, entregarlos a dependencias gubernamentales que se encargan de eliminarlos sin perjudicar al medio ambiente por medio de regeneración, neutralización, incineración o depósito en un vertedero especial. Si los desechos se descargan en el suelo o directamente al drenaje, en un momento dado serán arrastrados hacia las vías fluviales y suministros de agua y se convertirán en contaminantes d del el agua. La combustión incorrecta puede contribuir a la contaminación atmosférica. Los desechos se deben manejar en tal forma, que se puedan eliminar sin aumentar la contaminación. En las emulsiones usadas es necesaria una separación física y/o química. La fase del aceite se almacena, maneja y elimina como aceite usado. La fase acuosa ha de almacenarse, manejarse y eliminarse de acuerdo con los preceptos legales de las localidades en cuestión, dependiendo de las
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cantidades residuales de hidrocarburo, emulgentes, bactericidas, etc. Ver el siguiente esquema
Los sistemas hidráulicos que trabajan con presiones superiores a los 3000 psi (206.84 bar) aprietan la película de aceite que se encuentra entre las piezas fundamentales de las bombas y válvulas y las reduce a 2 o 3 micrones. Las partículas del tamaño del polvo que se encuentran en el aire –las cuales son arrastradas por las bombas que utilizan presiones máximas de 1200 a 2000 psi (82.73 a 137.89 bar)– pueden acuñarse en las microscópicas tolerancias de las bombas. Las normas de tolerancias pueden producir una grieta en la superficie, debilitándola. El metal se empieza a erosionar y la bomba o válvula comienza a perder líquido. Los filtros utilizados para proteger los sistemas hidráulicos deben usar una radio beta que muestre una lectura (el tamaño de partícula establecido) de 2 o 3. El radio beta real requerido variará dependiendo de la cantidad de pequeñas partículas de polvo que haya entrado al sistema. Solo recuerde que un radio beta de 25 es 96 por ciento eficiente en remover el tamaño de partícula establecido. Cualquier radio beta superior a 75 es 98 por ciento eficiente, o prácticamente absoluto.
Diámetro del cabello humano 40 a 90 micrones Glóbulos blancos 25 micrones Talco en polvo 10 micrones Polvo del aire 1 a 3 micrones
El cabello más fino de un ser humano es casi microscópico a los 40 micrones, y la tolerancia más ajustada en un sistema hidráulico debe ser protegida de las partículas que solo tiene un tamaño de 3 micrones –éste es el tamaño del polvo del aire o de una bacteria.
Obtenido de Construction Equipment
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MOBIL
SHELL
CASTROL
TEXACO
ESSO
YPF
API
Mobil 1 5W50
Helix Ultra 5W40
Fórmula RS 10W60 SLX 0W30
Havoline Synthetic 5W40
Ultron 5W40
Elaion Sintetico
SJ
Movil Super S
Helix Plus
GTX
Elaion Ultra
10W40 Movil Suoer XHP 20W50/10W30
10W40 Helix Super 15W50
Magnatec 10W40 GTX2 15W50
10W30 Elaion SJ 15W40
Havoline Fórmula3 15W50/10W40
Uniflo 10W30 Racing 15W40/20W5 0
SJ SJ
GTX 20W50 Movil Super 20W50 Movil Motor Oil Heavy Duty SAE 40
Helix 20W50
Movil Motor Oil SAE 30/40/50
X-100 SAE 40/50
SG
Havoline Premium HD SAE 40-50 20W50 CRB 20W40 CRB
Extra SAE 40/50
Super HD S1 SAE 10W/20W 20/30/40/50
Motor Oil SAE 40/50
SF
SE
SAE 40/50
MOBIL
SHELL
CASTROL
TEXACO
ESSO
YPF
Movil Delvac 1 5W40 Movil Delvac 1 SHC 5W40 Movil delvac Rimula Super Ultramax 1300 15W40 Super Super E 15W40 15W40 Movil Delvac MX 15W40
100% Sintetico motores americanos 100% Sintetico motores europeos Ursa Premium XTS4 15W40 TDX 15W40 (semi-sint) XT3 15W40
Movil Delvac Super 15W40
Ursa Premium 15W40
Rimula X 15W40
Ultramax 15W40
API CH 4 CH 4 CG 4CF 4
Esso D3 15W40
Diesel Movil Extra Vida CF4 15W40 Elaion Diesel 15W40
Movil Delvac Super 20W50 Movil Delvac Rimula D 1310 10W Movil Delvac Rimula D 1330-40-50 30-40-50 Rimula 20W50
CF4 Ursa Super LA 3 10W Ursa Super LA 3 30-40-50 Ursa Super LA 3 25W50 Ursa Super LA 3 20W20 Ursa Super LA 3 15W40
Essolube X3 30-40-50
Diesel Movil AT SAE 30/40
(31)
Tablas actualizadas por Copec Mobil Ltda.
172
RX Super 15W40 Turbomax 15W40 Ultramax 20W50
CE
CRD 10W CRD 30-4050
Movil Delvac 1430-1440
Movil Delvac 1130-40-50
Ursa Heavy Duty 40-50
Esso D3 10W EssoD3 30/40/50 EssoD3 20W50 EssoD3 20W20
CD
Rotella X 30-40-50
CC
MOBIL
SHELL
CASTROL
Movilube HD 80W90 Movilube HD 85W140
Spirax HD 80W90 Spirax HD 85W140 Spirax HD 90 Spirax HD 140 Gear Oil TL
Hypoy C 80W90 Hypoy C 85W140
Movilube 80W90LS Movilube GX 80W Movilube GX 90
75W90
Hypoy 90 LS Hypoy Light 80W Hypoy 90
TEXACO
ESSO
YPF
API
MINERALES
Spirax EP 80W Spirax EP 90
Hipress 140
Multigear EP Gear Oil GX 80W90 80W90 Multiyear EP Gear Oil GX 85W140 85W140 Thuban SAE 90 Thuban SAE 140
Geartex EP-A 80 Universal Gear EP 90 Universal Gear EP 140
Gear Oil 90
Hipoimovil 80W90 Hipoimovil 85W140
GL5
Helicoidal M GL4 75W Helicoidal M 80W
Multitrax 75W90 Spirax HT 80W90 Gear Oil TJ 75W80
GL3
SINTETICOS Movilube 75W90
SHC
Spirex EP 75W90
Syntrax Universal 75W90
Syn-Star GL 75W90
GL5
Movilube SHC 80W140 Movilube 1 SHC 75W90
GL4 GL5
MOBIL
SHELL
CASTROL
Mobil ATF 220 Mobil ATF 220 R Mobil Multiporpose ATF
ATF Donax TM Donax TG
TQ D TQ Sufijo A Dexron III
TEXACO
ESSO
ATF Tipo D ATF – MB Texamatic Fluid ATF Dexron III
YPF Hidromovil ATF
173
Movil SHD Brake Fluid DOT4
DOT3/DOT4
Brake Fluid DOT4
Brake Fluid DOT3
Brake Fluid
Tipo 3
Mobil Permazone Mobil Flushing Oil
Shellzone LS Flushing Oil
Antifreeze Flushing Oil
Antifreeze Flushing Oil
Antifreeze Flushing Oil
Anticongelant e Lavador
Chasis Grease EP
Chasis
Chasis
Chasis
Chasis
Grasa 30C
Mobilgrease MP
Retinax EP 2
LM
Grease H
Grasa 62
Mobilgrease Special
Retinax HDX 2
MS-3
Marfak Multipurpose 2 Molytex EP 2/PTG 3016 Marfak HD 3/Multifak AFB2 Starplex 2
Beacon EP ½
Grasa 66
LM
Mobilgrease # 5 Retinax EP 2 Mobilgrease HP
Grasa 50 Unirex N 2 Grasa 62 EP Cazar K 2
Retinax LX 2
MOBIL Movil Velocite E (ISO 10) Movil Velocite CX (ISO 25)
SHELL
CASTROL Magna 2/10
TEXACO
ESSO
YPF
Spindura 10/22 Spinesso 10
Vexilla Oil G
Millcot K 150/220 Telura Z-32 PTA 1092
Texil 22 Hidraulico BP
Mobilect 35
Diala S Transformer Oil B
Insulating Oil
Transformer Oil
Univolt 60
Transformado r
Soluble GP
PTA 1056
Maquinado
Transultex G
Fanox 38
79EP/81BG 83/85/87/89
Sovac 1535 G (soluble) Sultran B-6 Vacmul 224
Dromus B Garia Oil C Macron Oil C
Cooledge EP 284 Ilobroach 11 Ilocut 334
Mobilfluid 422/424
Donax TD
Agri THF
TDH
TorqueFluid
Donax TT
Agri MD
Tractor Fluid
47 TorqueFluid 56
Transmision & Drive Train Oil 30/50
TorqueFluid 10
Hidromovil 15
MINERALES Mobiltrans HD 10W Mobiltrans HD 30 Mobiltrans HD 50
Donax TC 10W Donax TC 30 Donax TC 50
TFC 430 TFC450
TorqueFluid 30 TorqueFluid 50
Taurus 10W Taurus 30 Taurus 50
SINTETICOS Mobiltrans SHC 50
174
MOBIL
SHELL
CASTROL
TEXACO
ESSO
YPF
Delvac
Rimula X
Dexron III
Ursa Premium 15W40
ATF Dexron III
Elaion Diesel
Serie 1300
Donax TC
TCF
Super 15W40 1300 Super 15W40 Super 20W50 Mobiltrans Serie HD Mobil ATF 220
Transmision & Drive Train Oil
Diesel Movil Extra Vida
Mobil Multipurpose ATF Mobilfluid 424
MOBIL
SHELL
CASTROL TEXACO
Mobilgear 626
Omala 68
Alpha SP 68
Meropa 68
Mobilgear 627
Omala 100
Meropa 100
Mobilgear 629
Omala 150
Mobilgear 630
Omala 220
Mobilgear 632
Omala 320
Mobilgear 634
Omala 460
Mobilgear 636
Omala 680
Alpha SP 100 Alpha SP 150 Alpha SP 220 Alpha SP 320 Alpha SP 460 Alpha SP 680
ESSO
YPF
Spartan EP 68 Spartan EP 100 Spartan EP 150 Spartan EP 220 Spartan EP 320 Spartan EP 460 Spartan EP 680
Transmision EP 68
Nuto H 32
Hidraulico 32
Nuto H 46
Hidraulico 46
Nuto H 68
Hidraulico 68
MINERALES
Meropa 150 Meropa 220 Meropa 320 Meropa 460 Meropa 680
Transmision EP 100 Transmision EP 150 Transmision EP 220 Transmision EP 320 Transmision EP 460 Transmision EP 680
SINTETICOS Mobilgear SHC ISO 150 – 150 – 220 – 320 – 460 – 680
MINERALES Mobil DTE 24
Tellus (S) 32
Mobil DTE 25
Tellus (S) 46
Mobil DTE 26
Tellus (S) 68
Mobil DTE 27
Tellus (S) 100
Hyspin AWS-32 Hyspin AWS-46 Hyspin AWS-68 Hyspin AWS-100
Rando Oil HD 32 Rando Oil HD 46 Rando Oil HD 68 Rando Oil HD 100
Nuto H 100
SINTETICOS Mobil SHC Serie 500
ISO 32 – 46 – 68
175
Mobil DTE
Tellus T 15
Univis HP 15
11M Mobil DTE 13M Mobil DTE 15M Mobil DTE 16M Mobil DTE 18M
Hyspin AWH-M 32 Hyspin Tellus T 46 AWH-M 46 Tellus T 68 Hyspin AWH-M 68 Tellus T 100 Hyspin AWH-M 100 Tellus T 32
Rando Oil HDZ 32 Rando Oil HDZ 46 Rando Oil HDZ 68 Rando Oil HDZ 100
Univis (Nuto) HP32 Univis (Nuto) HP46 Univis (Nuto) HP68 Univis (Nuto) HP100
Hidraulico BP 32 Hidraulico BP 46 Hidraulico BP 68 Hidraulico BP 100
MINERALES Mobil DTE Light Mobil DTE Medium Mobil DTE Heavy Medium Mobil DTE Heavy Mobil DTE Extra Heavy Mobil DTE BB
Perfecto T 32
Turbo T (Mortina)32 Turbo T (Mortina)46 Turbo T (Mortina)68 Mortina 100
Perfecto T 46 Perfecto T 68
Mortina 150 Perfecto T 100 Perfecto T 150 Alpha ZN 220 Alpha ZN 320
Mortina 220 Mobil DTE AA Mortina 320
MOBIL
SHELL
Regal Oil R&O 32 Regal Oil R&O 46 Regal Oil R&O 68
Teresso (Nuray)32
Turbina R 46 Teresso (Nuray)46 Teresso (Nuray)68
Regal Oil R&O 150
Turbina R 32
Turbina R 68 Turbina R 100 ( Cilindro 460 )
Teresso (Nuray)100 Teresso (Nuray)150 Teresso (Nuray)320 Teresso (Nuray)460
CASTROL TEXACO
ESSO
( Cilindro 1000 ) ( Cilindro 1500 )
YPF
SINTETICOS Mobil SHC Serie 600 ISO 32-68-100-150-220-320-460-6801000
Torcula 32/100 150/320
Mobil Almo Serie 500 525/527/529/53 2
Rock Drill 100/150
Aries(Rock Drill) 100/150/220
Arox EP/46/150/220 PTA 1076
Neumáticas 37/100/150
SINTETICOS Gargoyle Artic SHC (Sintet.) 224 (ISO 32) / (ISO 68)
Clavus R
Zerice Supreme
32/46/68
32/68/100
MINERALES Gargoyle Artic 300 Gargoyle Artic C/C Heavy
Clavus 15/32/46 68/85/100
Icematic
Capella Oil WF 68
266/299
Zerice
Frigorifico
46/68
46/68
176
MOBIL SINTETICOS
SHELL
CASTROL TEXACO
ESSO
YPF
Mobil Rarus Serie 800 Mobil Rsrus SHC 924 Mobil Rarus 1026
Madrela AP 100 Madrela AS 32 33/46/68
Synesstic 32/68/100
MINERALES Mobil Rarus Serie 400 Mobil DTE Oil 103
Corena P 68/100 Corena S 32/46/68/100
Aircol PD
Regal Oil R&O 32/46/68/15 0
Esstic 32768/150
Super Movil Normal Super Movil HD SI Compresor 100
Perfecto HT-5
Texatherm 46
Essotherm 500
Temple 51/52
Beacon EP – 0 Beacon EP – 1 Beacon EP – 2 Beacon 3 Van Estan 2
60 EP
Spheerol EPL – 2
Multifak EP – EP – 0 Multifak EP – 1 Multifak EP – 2
32/46/68/10 0
Mobiltherm 603
Thermia Oil E/B
MINERALES Mobilux EP023(000) Mobilux EP-0 Mobilux EP-1 Mobilux EP-2
Alvania EP(LF)0 Alvania EP(LF)1 Alvania EP(LF)2 Alvania 3
Mobilux 3 Mobilgrease Graphited #3 Mobilgrease CM-P/CM-L
Albida Grease HDX2
MOBIL
SHELL
Magnolia Drill Compound Mobilgrease FM102 Mobiltemp 78
Malleus TC1/TC2 Cassida Grease 2 Malleus JB-2
Spheerol UW Spheerol BM 1500
Texclad 2
Limit 1/61 EP Limit 1/62 EP 63 FC / 63 EP
Fibrax 280/325
CASTROL TEXACO
ESSO
Threadtex Cygnus Grease Molitex 2
YPF PEX-G-PSP /45/47
Andok B
66/107 EP
Sierralube
Forestal 3040
SINTETICOS Mobilith SHC 46-100-220-4601500 Mobilith SHC PM Mobilith SHC 007 Mobiltemp SHC 100 Mobilgrease 28
Cadenillas GPN 150
SC 323 W
Magna 22
Motosierras 2T
177
MOBIL
SHELL
Mobiltac Serie Malleus GL NC 275/325/375 95/205/500 Mobiltac MM Ogi-poly EP-3
CASTRO L
TEXACO
Gripa 33 S
Crater Fluid M/H Crater 2X/5X
ESSO
YPF
Surett 80K/4K GC Molino TP 6K/PTG 3024 A/B/C/D Esso 40/40 Asfalticas 96/97/98 Gear40 Cover
Asfaltica Fluida 650
Mobil Vactra Oil #2 / #4 Mobil Vactra Oil Heavy/BB
Tonna 32/68
Magna 68/220 Magna 150/220
Way Lube 68/220
Coray 22/100 150/220 Faxam 22
Estas tablas son referenciales a modo de ayuda y que pueden cambiar con el tiempo, lo que no es responsabilidad de los autores. Además en ellas se han incluido solamente las marcas mas conocidas en el mercado, pudiéndose encontrar otras.
178
179
Por
lo
extenso
de
este
capítulo, nos vamos a referir solamente a lo que es la prueba(32) en sí y la importancia de su resultado sin pasar por el aparataje y procedimiento de cada prueba. Todo esto es con la idea que este capítulo nos sirva, además de conocer cada prueba, para la interpretación del análisis de aceite que será nuestro próximo capítulo. Laboratorio de análisis Gentileza Castrol Chile S.A.
El atrapamiento de aire en un aceite lubricante, puede romper la película de lubricación y causar el desgaste excesivo de las superficies en contacto con el aceite. Por ejemplo en los sistemas hidráulicos puede causar operaciones ineficientes y erráticas, debido a que el aire atrapado en el fluido es compresible. El término “Atrapamiento de Aire” se refiere a la dispersión de burbujas de aire en el aceite, las cuales tienden a desplazarse en forma muy lenta en la interface aire-aceite. La presencia de estas burbujas le da al aceite una apariencia opaca. La prueba alemana DIN 51 381 TUV de choque, es la que se utiliza para probar los aceites para turbinas de vapor y los fluidos hidráulicos. Este estándar esta aceptado en Europa y está empezando a ser considerado como un método ASTM.
El atrapamiento de aire consiste en el ascenso lento de las burbujas dispersas a través del aceite, que debe ser diferenciada de la espumación que consiste en el rápido ascenso de las burbujas hacia la superficie del aceite. Ambas condiciones son indeseables en un sistema de lubricación. Muchas veces, sin embargo, es difícil distinguir entre una y otra debido a la alta velocidad de flujo y a la turbulencia del sistema. Alguno de los siguientes problemas mecánicos son los principales causantes del atrapamiento de aire:
Nivel insuficiente del fluido en el tanque: El aire puede ser arrastrado con el aceite, hacia la bomba de succión. Escapes en el sistema: El aire puede introducirse en el aceite, en cualquier punto donde la presión del sistema sea menor a la atmosférica. Métodos de adición de aceite inadecuados: Si aceite de reemplazo es añadido de tal forma que salpique, es posible que el aire se introduzca en el aceite.
(32)
Todas las pruebas que se darán a conocer a continuación han sido extraídas del manual de control de calidad de pruebas a lubricantes y combustibles co mbustibles de Esso Inter-América.
180
Fallas en el diseño del sistema: Fallas en el sistema de retorno de aceite causan salpicado en el tanque de almacenamiento o en la bomba de retorno. La tendencia común es la de reducir el tamaño de los tanques de
almacenamiento, e incrementar las velocidades de flujo y las presiones del sistema en todos los sistemas hidráulicos, sistemas de aceite para turbinas, lo mismo que en los sistemas de circulación de aceite. Esta tendencia aumenta el atrapamiento de aire, haciendo más importante de ese modo la propiedad de liberación de aire del aceite. Algunos aditivos usados para reducir la formación de espuma, aumentan la tendencia de atrapamiento de aire, en un aceite. La selección del uso de un aditivo antiespumante, requiere un balance cuidadoso entre estos dos fenómenos indeseados.
181
Muchos de los productos del petróleo, especialmente los más livianos, son solventes efectivos para una gran variedad de otros productos. El grado de poder de dilución de un producto de petróleo varía con el tipo de hidrocarburo
que contenga. Frecuentemente es deseable conocer el valor de ese poder, como por ejemplo en un proceso donde la buena dilución es importante, o en otros casos donde esta característica es indeseable. La determinación del punto de anilina es una prueba simple, fácil de llevar a cabo en un equipo adecuado. Esta prueba mide la potencia de dilución de un producto de petróleo por medio de anilina, y sustancias aromáticas. La anilina es cuando menos soluble parcialmente en casi todos los hidrocarburos, aumenta su grado de solubilidad a medida que aumenta la temperatura de la mezcla. Cuando se llega a la temperatura de solubilidad total, la mezcla se convierte en una solución clara; por el contrario, a bajas temperaturas la mezcla se enturbia. La prueba utiliza esta característica determinando la temperatura a la cual la mezcla se enturbia. Usualmente, los hidrocarburos parafínicos presentan la menor dilución por anilina, teniendo por consiguiente los puntos por anilinas más altos. Por el contrario, los hidrocarburos aromáticos presentan el fenómeno opuesto, mientras que los materiales nafténicos se encuentran en puntos intermedios entre los aromáticos y los parafínicos.
El punto de anilina es muy importante en los solventes, ya que es una indicación del poder de dilución. En general, mientras más bajo sea el punto de anilina, más alto es este poder de dilución. El punto de anilina es comúnmente utilizado en la determinación de las características de ignición de los combustibles diesel. Para este fin, el punto de anilina se usa en asociación con la gravedad API del combustible para determinar el “Índice Diesel”. Este procedimiento esta aplicado en la prueba “número de cetano” que se estudiará más adelante, ya que tanto el índice diesel como el número de cetanos, son usados para propósitos similares. Este índice se utiliza para estimar la calidad de los combustibles diesel. El punto de anilina en los lubricantes y en los aceites hidráulicos, sirve como índice de la tendencia al ablandamiento o endurecimiento, de las partes de caucho que están en contacto con el aceite. Cuando el punto de anilina es bajo, la tendencia al endurecimiento es mayor.
182
El contenido de cenizas de un aceite lubricante está relacionado con la cantidad de materiales no combustibles que pueden estar presentes. Aunque un aceite mineral puro destilado está libre de cenizas, ciertos lubricantes son
formulados con soluciones de aditivos metálicos que no serán completamente quemados. La cantidad de cenizas dejadas por estos materiales es bastante considerable. Los aceites usados, sobre todo, pueden estar contaminados con polvo y limaduras de metal, que aparecen luego como cenizas, y después de que el aceite se haya consumido. El porcentaje de cenizas que se mantiene después de que el aceite se haya quemado, da una indicación de la cantidad de aditivo metálico y contaminación por sólidos no combustibles, que el aceite puede contener. El contenido de cenizas depende principalmente del tipo de aceite, su condición de trabajo y la prueba con la cual es evaluado. El método más sencillo para determinar el contenido de ceniza de un aceite de lubricación, es el de quemar una muestra con peso conocido, aplicando el calor necesario para quemar las materias combustibles. El peso del residuo que queda, establece un valor para determinar el porcentaje de ceniza. Este procedimiento está descrito en la norma ASTM D 482. Sin embargo, en general, la prueba preferida es la ASTN D 874 para “residuos sulfatados”. En esta prueba, el aceite es primero filtrado para removerle los contaminantes sólidos; luego es quemada bajo condiciones controladas. Después, los residuos son tratados con ácido sulfúrico, para asegurar el grado de oxidación de todos los componentes. Este tratamiento con ácido asegura la uniformidad de los resultados, haciéndoles más reales.
Muchos aceites para motores de combustión interna están formulados con aditivos detergentes, obtenidos de derivados metálicos, especialmente de bario y calcio. Como su nombre lo indica, estos aditivos ayudan a mantener limpio el motor, pero al ser metálico aparecen en una u otra forma como ceniza. Para los nuevos aceites de este tipo; sin embargo, el contenido de ceniza sulfatada puede servir para que el productor controle su propia formulación. Un contenido de ceniza poco normal puede sugerir el cambio en la cantidad de aditivo. Para los aceites nuevos de formulación desconocida el contenido de ceniza puede dar una indicación, a groso modo, de la cantidad de aditivo que contiene. El principio esta basado en que un alto porcentaje de ceniza implica una alta concentración de detergente y por lo tanto un aceite con grandes propiedades de limpieza. Sin embargo, esta prueba como método para evaluar la detergencia, tiene menos importancia que las que se llevan a cabo en el campo o motores. Existen varías razones por las cuales la relación, entre el residuo sulfatado y la detergencia, puede ser mal interpretada:
La detergencia depende de las propiedades del aceite base y de los aditivos utilizados. Algunas combinaciones entre uno y otros, pueden ser más efectivas que otras.
183
El poder de los detergentes varía considerablemente y algunos pueden dejar más cenizas que otros. Algunos de los detergentes han sido desarrollados para no dejar ningún tipo de ceniza. Algunas cantidades de cenizas pueden ser dejadas por otros aditivos, diferentes a los detergentes.
Aparentemente existe un límite de concentración efectivo del detergente. No existe ninguna ganancia aumentando este límite. Por el contrario, disminuye la capacidad de limpieza.
El contenido de ceniza sulfatada es también usado para determinar la disminución del aditivo en los aceites diesel usados. Está basado en que la diferencia entre la ceniza de un aceite usado y la de un aceite nuevo, es la relacionada con la cantidad de detergente consumida en servicio. Una vez más los resultados pueden ser mal interpretados. No siempre el consumo de aditivo, es el que haya depositado, sino el que se gasta como parte de su función. Los elementos metálicos pertenecen y deben aparecer en el residuo en la misma concentración a la de un aceite nuevo. La ceniza sulfatada en los aceites usados de motores diesel, solo tiene una importancia general. Si este contenido es mayor en un aceite viejo que en uno nuevo, se debe, probablemente, a la contaminación con partes metálicas y polvo, debiéndose efectuar un análisis posterior para determinar el tipo del material extraño. Si la ceniza sulfatada es más baja, ésta se debe atribuir a deficiencias en las operaciones del motor o fallas mecánicas. El contenido alto de ceniza sulfatada en los motores a gasolina, se debe, en los vehículos carburados, a la presencia de plomo en el combustible.
184
Todos los productos de de petróleo son inflamables y bajo ciertas circunstancias, sus vapores se encienden con una fuerza explosiva. Sin embargo, para que esto suceda debe existir una relación límite entre los
vapores del producto y del aire. Cuando un producto del petróleo es expuesto al aire, cierta cantidad se evapora, estableciéndose cierta relación vapor-aire. A medida que aumenta la temperatura del líquido, aumenta la evaporizaron y por consiguiente la relación vaporaire. La temperatura de autoignición, bajo ciertas condiciones dadas, es la temperatura más baja, a M e d i d o r e s a u t o m á t i c o s d e p u n t o d e a u t o la cual la combustión del petróleo i g n i c i ó n . Gentileza de Copec Mobil Ltda. puede ocurrir en forma espontanea, sin ninguna fuente externa de ignición. No debe ser confundida con el punto de chispa, que es la temperatura más baja a la cual el producto puede mantener la combustión, en presencia de una fuente externa de ignición. La temperatura de auto-ignición (autoencendido) de un producto líquido de petróleo a la presión atmosférica es determinada por la forma ASTM, método D 2155 (la cual reemplaza la antigua ASTM D 286, descontinuada en 1966).
La primera indicación lograda con esta prueba, es la determinación del peligro potencial de fuego y la fuerza explosiva del producto de petróleo, relacionado con un uso especifico. La temperatura de auto-ignición es utilizada también como una medida para determinar el uso de uno u otro producto, a altas temperaturas. Es indispensable utilizar un producto con una temperatura de auto-ignición más alta que la temperatura de aplicación, para asegurar que no vaya a ocurrir una ignición espontanea. Por lo tanto, el valor de esta prueba es un determinante importante en la utilización de un producto. Las características y condiciones del producto son un factor importante de la temperatura de ignición. Por ejemplo, esta temperatura es una función de la presión, la relación de combustible y aire, el tiempo transcurrido para que ocurra la ignición y recipiente donde se encuentra el producto. Una regla general dice que para una familia de compuestos similares, la cadena molecular más larga, tiene el punto de chispa más alto y la temperatura de ignición más baja. Sin embargo, como la temperatura del sistema se incrementa, la temperatura de auto-ignición desciende hasta cierto valor, que muchas veces es menor que el punto de chispa del producto a la presión atmosférica. Se dice como conclusión que a medida que aumenta la presión del sistema, aumenta la temperatura de auto-ignición. Las temperaturas de auto-ignición de muchos productos destilados, con rangos de ebullición similares, pueden estar relacionados con el tipo de hidrocarburo. Por ejemplo, los aromáticos tienen una mayor temperatura que los parafínicos con rangos de ebullición similares. La
185
temperatura de auto-ignición de los isoparafínicos y nafténicos se encuentra, por lo general, entre la de los anteriores. Sin embargo, se debe tener cuidado en seguir al pie de la letra este concepto. Por ejemplo, al aumentar el contenido de hidrocarburos aromáticos en un lubricante o en un aceite hidráulico, estos tienden a reducir la temperatura de auto-ignición del aceite. Asimismo, al
aumentar el contenido de aromático de un solvente, se incrementa la temperatura de auto-ignición del mismo.
186
Muchas veces los procesos requieren aplicaciones de productos del petróleo con bajo contenido de olefinas no saturadas. Las olefinas son olorosas,
reactivas y manchantes, por lo que en muchas aplicaciones, su presencia es indeseable. Esta prueba determina el grado en que las olefinas se encuentran presentes. El número e índice de bromo indican los constituyentes de bromo reactivo en la muestra sin identificar plenamente el tipo de los mismos. Los valores reportados incluyen el consumo de bromo mediante la adición a olefinas, así como también el bromo que reacciona con los componentes orgánicos que contienen azufre, oxígeno o nitrógeno.
La mayor aplicación en productos de petróleo es en el uso de solventes, en los cuales el índice o número de bromo dan una indicación de la existencia o no de compuestos indeseables (especialmente olefinas). Lo más importante son las características de olor y estabilidad del solvente indicados por un bajo resultado.
187
El mayor rendimiento de los motores diesel se consigue, cuando el combustible se quema en forma uniforme, obteniéndose la mayor potencia en forma económica. La combustión debe empezar en el momento en que se
inyecte el combustible, antes de que se produzca la detonación por presión, temperatura y acumulación de combustible. Para un motor dado con una carga y velocidad conocidos, el tiempo transcurrido entre la inyección y la combustión, depende de la “calidad” de ignición del combustible. El número de cetano es la prueba que evalúa esta calidad de ignición; entre mayor sea el número de cetano de un combustible, mejor es la ignición. En esta prueba, el rendimiento del combustible en un motor, es comparado con los valores del número de cetano de dos combustibles, que se conocen. El número de cetano está basado en la proporción del combustible de prueba, con otro de alta calidad de ignición que se le ha dado un valor arbitrario de 100 cetano normal. El otro extremo de la tabla está representado por el hepta-metil nonano (HMN), un combustible de baja calidad de ignición al cual se le ha dado un valor de 15. El valor del número de cetano es igual a: porcentaje n-cetano + 56
ºC 370
ºF 700
M T S A 70 O I 60 C 650 A L I 40 T S 30 E D 20 – Punto medio de 90
360
54
350
52
340 50 330 48 320
46 44
310
80 75
42
70
40
65
I 38 P A D A 36 D E V 34 A R G 32
60 55 50 45 40 35
30 30 28 26
300 O D A L U C L A C O N A T E C E D E C I D N Í
25
290 280 270 260 250
240
230
20
24
22
220
210
20
El número de cetano puede ser determinado por medio de la gráfica de la izquierda. Esta gráfica está basada en el punto medio de ebullición, obtenido a 760 mm de Hg. Si la presión barométrica varía de este valor, un factor de corrección de la siguiente tabla debe ser utilizado. Corrección para la Presión Barométrica
80
O ebullición, ºF 600 D A Rango Temp. R 90 E P 80 U 374 – 410 C 70 E 410 – 446 R 60 10
550 %
0 5 40 L E 30 A R 20 A P . 10 P 500 M E T 90 ) F º ( 80 N 70 Ó I C I L 60 L 450 U B E 40 E D 30 O I D 20 E M 10
O T N P
400 U
446 – 482 482 – 518 518 – 554 554 – 590 590 – 626 626 – 662 662 – 698
Corrección * para cada 10 mm de diferencia 1.02 1.06 1.11 1.15 1.19 1.24 1.28 1.32 1.37
*Factor para ser añadido si la presión es menor de 760 mm de Hg; y para restar si es superior. EJEMPLO: Punto medio de ebullición: 550ºF a 700 mm de Hg.
Gravedad API: 33.0 Corrección del promedio de ebullición = 1.19 x 6 = 7.14 Punto medio de ebullición corregido = 550ºF + 7.14 = 557.14ºF
Fig. 1: NOMOGRAMA ASTM PARA ÍNDICE DE CETANO CALCULADO. Gentileza de ESSO INTER-AMERICA INC . 0.15 x porcentaje HMN.
El número de cetano de un combustible diesel comercial, varía entre 30 y 55. Para la selección de un determinado combustible, esta propiedad es de gran importancia. Otros factores también son importantes con alto cetano, como lo son para el encendido rápido y bajas temperaturas, menos humo, menos ruido, operación más suave y mayor economía de combustible.
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Sin embargo, los motores varían en sus exigencias del número de cetano, siendo la velocidad la razón principal. Los motores que van a trabajar a bajas y medias velocidades, se les selecciona un combustible con bajo número de cetano; por el contrario, aquellos que funcionan a altas velocidades utilizan
un combustible con un alto número de cetano. Sin embargo, hay que tener en cuenta que existen otros factores que determinan la calidad de un combustible diesel, como por ejemplo: la viscosidad, la volatilidad, el contenido de azufre, etc.
La calidad de ignición de los combustibles diesel puede, con dos métodos por lo menos, determinarse con relativa exactitud. En muchos casos, los datos encontrados están relacionados con el número de cetano ASTM. El primero de ellos, probablemente el más confiable, es la gravedad API y el punto de ebullición medio del combustible. Estos datos se encuentran en la figura 1 (página anterior) para determinar el índice de cetano. El segundo método es el índice diesel, obtenido por la multiplicación de la gravedad API y el punto de anilina dividido por 100. Aunque estos métodos ofrecen la ventaja de solo necesitar unos simples cálculos matemáticos sin ningún equipo costoso, no deben ser aplicados para combustibles de composición química poco usual.
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Si los combustibles destilados son enfriados a una temperatura suficientemente baja, puede perder sus características de fluidez, dando como resultado fallas en el suministro de combustible. Los equipos que funcionan con
diesel, están sujetos a fallas, debido a la baja temperatura, por consiguiente, es importante conocer hasta que temperatura puede trabajar un combustible, antes de que sus características de fluido empiecen a ser afectadas. La prueba más importante para esta determinación es el punto de turbidez o obscuridad. Este punto es la temperatura a la cual se forman los suficientes cristales parafínicos, para dar al combustible una apariencia turbia. (no se debe confundir la turbidez con la opacidad, la cual es causada por la contaminación del combustible con agua). Sin embargo, debido al efecto de algunos aditivos en la formación de cristales parafínicos, el punto de turbidez no puede ser usado como único factor de la determinación de la temperatura mínima de operación. Algunos de estos aditivos han sido utilizados para bajar la temperatura mínima de operación, para combustibles específicos, sin afectar el punto de turbidez del combustible base.
El punto de turbidez de un combustible destilado, está relacionado con la habilidad del mismo para fluir bajo condiciones de operación frías. Algunos aditivos permiten operaciones a temperaturas por debajo del punto de turbidez; sin embargo para combustibles sin aditivos, los filtros y las pequeñas tuberías se atascan por los cristales de parafina, a temperaturas cercanas al punto de turbidez.
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Muchos equipos industriales tienen partes de cobre o aleaciones de cobre. Es esencial que cualquier aceite que esté en contacto con estas partes, no sea corrosivo para ellas.
no sea corrosivo para ellas. A pesar de que la tecnología moderna ha hecho grandes esfuerzos para eliminar los materiales dañinos, de los aceites de petróleo, la corrosión es aún una posibilidad a considerar. Ciertos derivados de azufre en el aceite, son fuente importante de corrosión. En los primeros días de la industria petrolera, la presencia de azufre activo se le atribuía a una refinación inadecuada. Hoy, sin embargo, métodos prácticos han sido desarrollados para solucionar este problema, y los aceites minerales puros de alta calidad están libres de materiales corrosivos. De otra manera, ciertos aditivos del aceite, tales como los emulsificantes y los de Extrema Presión (EP), contienen compuestos de azufre. En los aceites de alta calidad, incluyendo aquellos con moderadas propiedades de EP, contienen compuestos de tipo dañino para el cobre. Para las aplicaciones con condiciones más severas de EP, aditivos activos químicamente, son necesarios para prevenir la escoriación y la fisura. Aunque los aceites que mantienen estos aditivos indispensables para aplicaciones donde exista partes de acero, no deben ser utilizados en partes de cobre o aleaciones de cobre. Los ejes traseros hipoidales de los vehículos, son un ejemplo de esta aplicación. Esta prueba de lámina de cobre evalúa la tendencia del aceite de corroer el cobre y no la habilidad del aceite de prevenir la corrosión.
En la lubricación de bujes, cojinetes y ruedas para unidades de reducción de engranajes helicoidales que contienen bronce, los aceites corrosivos deben ser eliminados. Debido al uso de separadores de bronce, los fabricantes de cojinetes anti-fricción insisten en la utilización de aceites no corrosivos para sus unidades. Los aceites hidráulicos, los aceites aislantes y los aceites para instrumentos de aviación, también deben ser no corrosivos. En el maquinado de metales no ferrosos y en las operaciones de corte, los aceites utilizados deben tener esta misma propiedad, la prueba de corrosión en lámina de cobre, ayuda a determinar la aplicación de un aceite en una situación particular. Ayuda, además, a identificar componentes químicamente activos, en los aceites para aplicaciones EP. Esta prueba se utiliza también en las refinerías para controlar los productos terminados. También se utiliza en el análisis de solventes y combustibles para asegurar que estos productos no ataquen las partes de cobre con las que están en contacto. En el proceso de esta prueba, existen tres variables que pueden afectar los resultados:
Tiempo de exposición de cobre en la muestra. Temperatura de la muestra. Interpretación de la apariencia de la muestra expuesta.
Es normal esperar que estas tres variables sean aplicadas de tal forma, que reflejen las condiciones a las cuales el producto está sujeto.
191
Por ejemplo, de nada valdría analizar un aceite a 212 ºF (100ºC) si las condiciones de trabajo se asemejan más a los resultados encontrados a 122 ºF (50ºC). Sin embargo, si las condiciones de operación son más severas, los
resultados de la prueba a la temperatura más alta serán más confiables.
En la industria del petróleo, el término emulsión se aplica a la emulsión del aceite y agua. Aunque son solubles solamente en un pequeño grado, estas sustancias pueden, bajo ciertas circunstancias, ser dispersadas íntimamente una en otra para formar una mezcla homogénea. Esta mezcla es una emulsión aceite-agua, que es usualmente de apariencia obscura o color leche. Los aceites industriales varían en su emulsibilidad. Un aceite mineral puro resiste la emulsificación; aún después de una fuerte agitación con agua, un aceite de este tipo tiende a separarse del agua, cuando la mezcla esta nuevamente en reposo. Sin embargo, la emulsión puede ser llevada a cabo por la agitación y adición de ciertos ingredientes al aceite. Algunos productos, como los fluidos de corte solubles requieren buena emulsibidad y están formados con agentes especiales. Cuando más rápido se forma una emulsión y mayor su estabilidad, mayor es la emulsibilidad del aceite. Sin embargo, con otros muchos productos, como los aceites para turbinas y Gentileza de Castrol Chile S.A. para cárter, la propiedad opuesta es deseada. Para facilitar la remoción del agua atrapada, estos productos deben resistir la emulsificación. En cuanto más rápido se libra de la emulsión, mejor es la demulsibilidad del aceite. Demulsificador.
En muchas aplicaciones, el aceite está expuesto a contaminarse con agua condensada de la atmósfera. Con los aceites de turbinas, la contaminación puede ser mayor ya que el aceite tiende a juntarse con el vapor condensado. El agua ayuda a la corrosión o herrumbre de las partes de hierro y acelera la oxidación del aceite. Para una eliminación positiva del agua, el aceite debe tener buenas características de emulsibilidad. Los aceites de cilindros de vapor, que trabajan en sistemas cerrados, requieren de buenas propiedades demulsificantes, por la razón contraria: facilitar la eliminación del aceite condensado, eliminando de la caldera cualquier contaminación del aceite. Los fluidos hidráulicos, los aceites de motor, aceites para engranajes, los aceites para motores diesel, aceites para aislamientos y muchos más productos del petróleo similares, deben de resistir a la emulsibilidad. El aceite y el agua deben ser separados en forma rápida y por completo.
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Cualquiera de los métodos ASTM es capaz de evaluar las propiedades demulsificantes de los aceites inhibidores y no inhibidores. Sin embargo, es difícil relacionar el rendimiento del aceite en el campo. Existen muchos casos donde los aceites de circulación son operados en el campo en forma
satisfactoria, pero sus pruebas de demulsibilidad fallan en el laboratorio. Por consiguiente, se debe reconocer que los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio, deben ser utilizados en conjunto con otros factores, para determinar si un aceite usado se debe seguir usando.
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Un material dieléctrico es simplemente un elemento aislante, que se opone al flujo de corriente a través de él.
Los aceites de petróleo son materiales eléctricos excelentes siendo utilizados ampliamente en equipos eléctricos, donde un fluido es utilizado como aislante. Además de las ventajas que ofrece el aceite sobre los aislantes sólidos, tienen la habilidad de enfriarse por circulación y prevenir el efecto de corona. Este efecto es el resultado de la ionización del aire en pequeñas bolsas de vacío que existen entre un conductor y un aislante sólido. El aceite aislante destruye la fuente de corona, llenando todos los espacios alrededor del conductor. El aceite además, la alta resistencia dieléctrica, que un buen aislante requiere. La conducción de una corriente eléctrica a través de un material dieléctrico, a gradientes de voltaje normales, es despreciable. Por el contrario, si el voltaje aplicado es suficientemente alto, los iones son producidos en suficiente concentración, para permitir una descarga de corriente a través del material dieléctrico, formando un arco. Cuando la resistencia dieléctrica es vencida, el paso de corriente es permitido a través del material, debido a cambios en su composición.
Los aceites aislantes encuentran una gran aplicación en transformadores, cables, acoples de terminales, interruptores de circuitos y equipo eléctrico similar. Dependiendo principalmente de la instalación, el propósito de estos aceites es el de prevenir la pérdida de corriente eléctrica y la descarga, enfriar, evitar el efecto de corona, o proveer cualquier combinación de estas funciones. Obviamente la alta resistencia dieléctrica es una propiedad importante de los aceites aislantes. Un aceite de petróleo nuevo, cuidadosamente refinado, tiene una alta resistencia dieléctrica, para cualquier tipo de aplicación, sin embargo, un aceite en servicio puede ser contaminado con productos oxidantes como partículas de carbón, mugre y condensado de agua de la atmósfera. Este último es el principal contaminante. Aunque pequeñas cantidades de agua disueltas en el aceite, tienen poca influencia sobre la resistencia dieléctrica, el agua en forma libre tiene un efecto más pronunciado. La resistencia dieléctrica también es afectada por mugre y residuos oxidantes que se pueden acumular en el aceite. Por lo tanto existe una relación entre la caída de la resistencia dieléctrica y el deterioro de un aceite en servicio. La resistencia dieléctrica es un buen argumento para evaluar las condiciones de un aceite usado. En este caso, la reducción de la resistencia dieléctrica puede indicar contaminantes con agua y/o productos oxidantes. Si el agua fuese el único contaminante, el aceite podría ser recuperado por secado. Sin embargo la caída de resistencia dieléctrica es también atribuida a la oxidación.
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Una excesiva dilución del cárter, está asociada con fallas en la operación de los motores de combustión interna. Es causada por pérdidas de aceite y por
el paso de combustible no quemado en la cámara de combustión a través del pistón, hacia el cárter, donde diluye el aceite. Muchas veces es importante saber la cantidad de aceite que se diluye en esta forma. Para aceites de motor, de motores a gasolina, la dilución puede ser evaluada por el método ASTM D 322. El procedimiento es el de medir el porcentaje de combustible en la muestra, separándolo. Esta operación puede hacerse por destilación, ya que la volatilidad de combustibles es menor. Para facilitar la destilación, a una temperatura más baja, se le agrega una gran cantidad de agua a la muestra. Debido a la alta volatilidad del combustible, este se evapora primero que el aceite. Una mezcla de vapor de agua y de combustible pasa a través de un condensador, convirtiéndose nuevamente en líquido. El combustible, por ser más liviano, flota en la parte superior del agua, en un recipiente graduado. En este momento, puede ser observado el volumen de combustible, antes de que empiece a ser destilado el aceite.
Una excesiva dilución, determinada por esta prueba, es perjudicial en sí misma, además que indica una falla en el rendimiento del motor. En primer lugar la dilución es una fuente obvia de desperdicio de combustible. Otro efecto que produce, es la reducción de la viscosidad del aceite, que afecta seriamente la lubricación. Un aceite diluido puede no tener el comportamiento requerido para evitar el desgaste y no sellar bien las áreas de los anillos del pistón. Los pistones y los cilindros son especialmente vulnerables cuando el aceite, sobre las superficies de desgaste, está sujeto al continuo lavado por el combustible. El combustible también puede reducir la estabilidad a la oxidación del aceite y puede elevar el nivel del aceite en el cárter. Un nivel alto anormal del aceite, causa un incremento en el consumo de aceite, dando además, lecturas erróneas de la verdadera cantidad de lubricante presente. Fallas de lubricación del aceite para motor, son atribuidas directamente a la dilución. Como una indicación de falla del rendimiento del motor, una excesiva dilución de aceite en el cárter, puede ser síntoma de un combustible inadecuado. Si las características de volatilidad del combustible son muy bajas, no se volatilizará adecuadamente y la combustión será incompleta. La parte no quemada del combustible, llegará entonces hasta el cárter. Sin embargo, un efecto similar puede ser producido por la operación incorrecta o por condiciones mecánicas pobres del motor. Una mezcla muy rica de combustible: El carburador mal regulado o un taponamiento excesivo, puede dar lugar a la admisión de más combustible a la cámara de combustión, del que puede ser quemado con la cantidad de aire presente.
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Temperatura del motor demasiada baja: Un control defectuoso de la temperatura o periodos de operación cortos, mantienen el motor demasiado frío para una vaporización adecuada.
Pistones, anillos o cilindros gastados: Una luz demasiado grande entre el pistón o los anillos con las paredes de los cilindros, facilita el escurrimiento del combustible al cárter. Cualquiera de estas deficiencias indicadas, responsables de la excesiva dilución del aceite en el cárter, puede servir para justificar satisfactoriamente el rendimiento del motor. Con los motores diesel no existe un acentuado margen entre las características de volatilidad del combustible y el aceite, como el que se presenta en los motores a gasolina. Por esta razón, no existe una prueba sencilla, para determinar la dilución del aceite en el cárter de los motores diesel. La aproximación más cercana es hecha por observación de la reducción de la viscosidad del aceite usado, comparándola con un aceite nuevo, estimando que porcentaje de combustible haya podido ocasionar esa reducción de viscosidad.
Un hidrocarburo químicamente puro, igual
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que otro compuesto líquido puro, ebulle a cierta temperatura cuando la presión atmosférica se mantiene constante. Sin embargo, casi todos los combustibles y solventes comerciales, contienen muchos hidrocarburos individuales diferentes, cada uno con diferente punto de ebullición. Si el producto de petróleo es calentado gradualmente, altas proporciones de componentes con bajo punto de ebullición, son las que primero se convierten en vapor y luego los de alto punto de ebullición, a medida que aumenta la temperatura. De este modo, para cualquier producto de petróleo, la ebullición se lleva a cabo en un rango de temperaturas, en lugar de una sola temperatura constante. Este rango es de suma importancia en las aplicaciones de combustibles y solventes, la cual es la medida de las pruebas de destilación.
F º a r u t a r e
C º a r u t a r e
m e T
m e T
Primera gota
Porcentaje de volumen
Punto final
Fig. X: Curvas típicas de destilación. Figura extraída del libro: Baumeister-Avallone-Baumeister, “Marks Manual del Ingeniero Mecánico”, Octava edición, Volumen II, Mc Graw Hill, 1990.
Varias pruebas ASTM son usadas para medir los rangos de destilación de los productos de petróleo. Estas pruebas son básicamente similares, diferenciándose solamente en los detalles de procedimiento:
ASTM D 86 – 67: destilación de productos de petróleo. ASTM D 216 – 54: destilación de gasolina natural. ASTM D 850 – 70: destilación de hidrocarburos aromáticos industriales.
: el rango de destilación es importante en las gasolinas para automóviles. Las características de destilación para la “primera porción” (la porción más volátil, quizás más del 30% evaporado), en conjunto con la presión de vapor de las gasolinas (ver presión de vapor), controlan la
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habilidad de un buen rendimiento de arranque en frío. Sin embargo, estas mismas características controlan la tendencia al taponamiento por vapor. Un mejoramiento en la característica de arranque en frío, puede desmejorar la protección contra el taponamiento.
Las temperaturas a las cuales el 50% y el 90% de combustible se ha vaporado, son la indicación de las características del desempeño de la gasolina al calentar el motor. Entre más bajos estos valores, mejor el desempeño en caliente. La temperatura baja al 50% es un índice de buena aceleración. El valor bajo al 90% es deseable para una combustión completa, distribución uniforme del combustible en los cilindros y menos formación de depósitos en la cámara de combustión.
en general, las gasolinas de aviación tienen en el 90% valores de temperatura de ebullición más bajos, que los de las gasolinas para automóviles, pero manteniéndose la importancia de los varios Probeta destiladora. Gentileza de Castrol Chile S.A. puntos en la curva de destilación. Un límite mínimo de la suma de los puntos en 10% y 50%, es normalmente especificado para controlar el congelamiento en el carburador.
los combustibles diesel tienen mucha menos
volatilidad que las gasolinas, aunque los efectos de los varios puntos de destilación son similares. Por ejemplo, entre más bajo el punto de ebullición para un número de cetano dado, mejor es la habilidad de encendido, pero mayores las posibilidades de taponamiento por vapor o de marcha lenta. Igualmente, entre más alto el punto de ebullición, mayores las posibilidades de que existan problemas de humo y depósitos. El punto medio de ebullición (punto al 50%) está relacionado con la economía de combustible, debido a que el punto de 50% más alto, ocasiona mayores BTU y un número menor de cetano del combustible diesel.
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Muchas veces es deseable conocer la temperatura a la cual una grasa lubricante está tan caliente, que pierde su consistencia plástica. Siendo la grasa
una mezcla de aceite lubricante y un espesante, no tiene un punto de fusión distinto, como lo tienen otras sustancias cristalinas. A algunas temperaturas elevadas, la grasa ordinaria esta lo suficientemente líquida como para escurrirse. Esta temperatura es llamada el punto de goteo.
Los factores como el tiempo de exposición a altas temperaturas, cambio de altas a bajas temperaturas, resistencia a la evaporación y estabilidad a la oxidación de la grasa, frecuencia de relubricación son aspectos que afectan la temperatura máxima de uso para la grasa. El hecho de que una grasa no se licúe a una temperatura determinada, no asegura que su consistencia será la adecuada a esa temperatura. Sin embargo, el punto de goteo es útil en la identificación de la grasa y el tipo, estableciendo y manteniendo además, normas para el control de calidad.
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Tanto el punto de chispa como el de encendido de un líquido de petróleo
son básicamente medidas de inflamabilidad. El punto de chispa es la temperatura mínima a la cual el líquido está suficientemente evaporado para crear una mezcla de aire y combustible, para arder si es encendida. Como su nombre lo indica, la combustión a esta temperatura sólo se mantiene por un instante. Por el contrario, el punto de encendido significa algo más; este es la temperatura a la cual el vapor es generado a una velocidad lo suficientemente constante, para mantener la combustión. En ambos casos, la combustión es solamente posible cuando la velocidad de vapor de combustible y de aire, se encuentra dentro de ciertos límites. Una mezcla que sea muy pobre o muy rica, no quemará. Solamente, en condiciones especiales, el aceite lubricante tiene riesgo de encenderse. Sin embargo, las características de evaporación por estar en estrecha relación, los puntos de chispa y de encendido dan, a groso modo, una indicación de la volatilidad y de otras propiedades. El punto de encendido de un aceite lubricante convencional, está Mechero con piloto para la medición del punto de estrechamente ligado con el punto de chispa. chispa, que es usualmente eliminado Gentileza de Castrol Chile S.A. de la hoja de datos. Para un producto comercial ordinario, el punto de encendido se encuentra a 50ºF por encima del punto de chispa. Sin embargo estos dos valores no deben confundirse con la temperatura de autoignición, la cual es completamente diferente.
Para todos los propósitos prácticos, un líquido de petróleo no debe quemar, antes de ser vaporizado. La mezcla de vapores con el oxígeno del aire, y cuando se logra una concentración suficiente de vapores, una mezcla puede ser inflamada, por una bujía o una llama. La mezcla solo puede ser encendida cuando la concentración del vapor de combustible no es menor de 1% ni mayor del 6% en volumen, con relación al aire. Una mezcla que tenga más del 6% de vapor de combustible, se convierte en un peligro de explosión, a menos que sea ventilada para que admita una mayor cantidad de aire. En general, las temperaturas de almacenamiento y operación de los aceites lubricantes son lo suficientemente bajas, para prevenir cualquier riesgo de fuego. La excepción son los aceites de temple, que están en contacto con metales a altas temperaturas. Aceites para transferencia de calor, usados para calentamiento o enfriamiento, también alcanzan temperaturas cercanas al punto de chispa o al de encendido. Una vez que los puntos de chispa y encendido están relacionados con la volatilidad, estos ofrecen una indicación, a groso modo, de la tendencia del aceite lubricante a vaporizarse en servicio. Es obvio que a menores puntos de chispa y encendido, aumentan las posibilidades de pérdidas por evaporación.
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Los puntos de chispa y de encendido son, quizás, de gran importancia para evaluar aceites usados. Si un aceite presenta aumento en los puntos de chispa o encendido durante el servicio, se presentan pérdidas por evaporación. Los componentes más volátiles se han vaporizado, dejando solamente los
menos volátiles, aumentando por consiguiente la viscosidad. Un aumento excesivo de la viscosidad, puede alterar las propiedades de lubricación de un aceite. Si por el contrario, los puntos de chispa y de encendido disminuyen en un aceite en servicio, se debe sospechar de contaminación. Esto puede ocurrir en los aceites de motor, que pueden ser diluidos por la acción del combustible que no se haya quemado. La presencia de gasolina o combustibles pesados en el cárter, reduce la viscosidad del aceite, ocasionando daños en los cojinetes y otras partes móviles, por adelgazamiento excesivo del lubricante. Estos combustibles, por tener mayor volatilidad que el aceite, rebajan los puntos de chispa y de encendido de la mezcla. De esta manera, estas dos pruebas constituyen un método relativamente simple de medir o de evaluar la dilución.
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La formación de espuma en los sistemas de aceites industriales es una
condición severa en servicio, que puede interferir, con el rendimiento satisfactorio del mismo sistema y aún permitir el daño del equipo.
Probetas graduadas para la prueba de formación de espuma.
Gentileza de Castrol Chile S.A.
Mientras que los aceites minerales puros no son particularmente propensos a espumación, la presencia de aditivos y el efecto de otros compuestos, cambian las propiedades de la superficie del aceite, incrementando su susceptibilidad a la formación de espuma, cuando las condiciones son tales de mezcla de aire y aceite. Aditivos especiales le imparten al aceite resistencia a la espumación, aumentando también su habilidad para expulsar el aire atrapado en forma rápida, bajo condiciones que
normalmente causan espumación.
La espuma consiste en burbujas de aire que ascienden rápidamente hacia la superficie del aceite, pero debe ser diferenciada del atrapamiento de aire que es el ascenso lento de burbujas dispersas a través de todo el aceite. Ambas condiciones son indeseables, aunque son muy difíciles de diferenciar debido a las altas velocidades de flujo y la turbulencia del sistema. Estos dos fenómenos son afectados por varios factores, siendo evaluados en pruebas diferentes de laboratorio. Las primeras causas de espumación son mecánicas (esencialmente una condición de operación que tienda a producir turbulencia en el aceite en presencia de aire). La tendencia general en los sistemas hidráulicos de aceite, sistemas de aceites para turbinas y sistemas de aceite industriales de cualquier tipo, es la de reducir el tamaño de los tanques de almacenamiento e incrementar las ratas de flujo. Estas medidas, por el contrario, aumentan la tendencia a la espumación en los aceit aceites. es. La contaminación con materiales de superficie activa, tales como los que previene la herrumbre, detergencia, etc., pueden también causar formación de espuma. La espumación en los aceites industriales es indeseable debido a que la espuma puede hacer rebosar el tanque de almacenamiento y crear una molestia; además la espuma disminuye la eficiencia de lubricación del aceite, lo cual va en detrimento del equipo. Aditivos antiespumantes pueden ser usados en el aceite para disminuir la tendencia a la espumación del aceite. Sin embargo, muchos de estos aditivos tienden a incrementar las características de atrapamiento de aire en el aceite; su uso requiere un balance perfecto entre estos dos fenómenos indeseados.
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Cada una de las pruebas descritas aquí, están diseñadas para evaluar
una característica de carga diferente, de una grasa o aceite lubricante. Ambas pruebas utilizan equipo y principios mecánicos similares. La prueba de desgaste es utilizada para determinar las relativas propiedades antidesgaste de los lubricantes en superficies metálicas deslizantes, operando a condiciones extremas de lubricación. La prueba es llevada a cabo a una velocidad especifica, temperatura y carga. Al final de un periodo determinado, el promedio de la reducción del diámetro de las tres esferas inferiores es medido y reportado. La prueba de Extrema Presión (EP) está diseñada para evaluar el rendimiento bajo altas cargas que son aplicadas en la prueba de desgaste, lo mismo que la de extrema presión. Esta prueba de EP se diferencia muy poco de la de desgaste, solamente en el aparato utilizado. En esta prueba la esfera de acero superior es rotada a una velocidad constante contra las otras tres esferas inferiores. La temperatura no es controlada. La carga es aumentada a intervalos específicos hasta que la esfera que rota se solde (o agarre) a las otras esferas. Al final de cada intervalo, los diámetros de desgaste son medidos y anotados.
Bajo condiciones normalizadas, la prueba de desgaste de cuatro esferas da una idea para comparar las propiedades de antidesgaste de los lubricantes. No es posible comparar directamente los resultados obtenidos con las dos pruebas llevadas a cabo bajo condiciones diferentes, las cuales no siempre son reportadas con los resultados de la prueba. Ninguna correlación ha sido establecida en la prueba de desgaste y el servicio en el campo; es por esto que los resultados individuales no pueden ser usados para predecir el rendimiento en el campo. La prueba de EP con cuatro esferas es utilizada en el control de calidad del lubricante; diferencia entre los lubricantes que tienen cualidades de extrema presión: bajas, medias o altas. El juicio de las propiedades EP de dos aceites o dos grasas, no deben hacerse sobre la base de la diferencia de los resultados, a menos que se reproduzcan o se repita en la prueba. Cuando se comparan cualidades de varios lubricantes, los resultados de ambas pruebas, deben ser considerados. Esto es aplicable si los aditivos o espesadores de grasa agregados, son desconocidos o ampliamente diferente. Los lubricantes que tienen buenas propiedades de extrema presión, pueden no tener igual buena eficiencia en reducir el desgaste a cargas menos severas y viceversa.
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La densidad es una expresión que relaciona el peso y el volumen de un 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, aunque otras temperaturas hayan sido utilizadas en la prueba. La densidad puede ser expresada en dos escalas. La “gravedad especifica” es definida como la relación del peso de un volumen dado a 60ºF (15ºC), con un peso de un volumen igual de agua a la misma temperatura. Sin embargo, en la industria del petróleo, la densidad API (American Petroleum Institute) es más usada. Esta es una escala arbitraria, calibrada en grados y que relaciona la gravedad especifica, por medio de la siguiente fórmula:
Densidad API = (grados)
141.5
131.5
Gravedad específica 60/60ºF
Como resultado de esta relación, entre mayor sea la gravedad especifica de un producto, menor es su densidad API. Es claro que el agua, con una gravedad específica de 1000 tiene una densidad API de 10.0º. La densidad se determina por un Hidrómetro que flota en un líquido, el cual indica el punto al cual el nivel de líquido intercepta la escala del hidrógeno.
La densidad tiene una pequeña importancia sobre el punto de vista de la calidad, aunque es utilizada en el control de las operaciones de refinería. Su importancia principal son los cálculos de peso en volumen y viceversa. Estos datos son muy útiles en los cálculos de carga de aviones y buques, eficiencia de la combustión, etc. En cierta forma, la densidad sirve para identificar el tipo de producto del petróleo. Los productos parafínicos tienen gravedades específicas bajas (altas densidades API) que los productos nafténicos o aromáticos en el mismo rango de ebullición. Los valores de la densidad también pueden ser utilizados por los productores o consumidores para controlar los sucesivos baches de sus productos, como una continuidad en la composición del producto. El rango de gravedad específica de los productos de petróleo oscila entre 0,700 a 1,050.
204
La consistencia de una grasa lubricante está definida como su resistencia a la deformación, bajo fuerzas aplicadas. En otras palabras, su relativa rigidez o
dureza. La consistencia de una grasa es, por lo general, importante en la determinación de su adecuada aplicación. La consistencia es dada en base cuantitativa, por medio de la medición con el penetrómetro de cono ASTM. El método consiste en permitir que un cono de metal, con un peso determinado, se hunda en la grasa, midiendo la profundidad hasta la cual penetra el punto. Esta profundidad, en décimas de milímetros, se anota como penetración, o número de penetración de la grasa. Entre más blanda una grasa, mayor es su número de penetración.
Si la grasa está demasiada blanda, no se estará en su lugar, dando como resultado una pobre lubricación. Si una grasa es muy dura, no fluirá adecuadamente, ocacionando también problemas de lubricación. Estos factores influyen para que las grasas sean clasificadas según su consistencia, los números de penetración son usados para clasificar las grasas de acuerdo con la resistencia requerida para varios tipos de servicios y también para controlar la consistencia de un grado dado de grasa, de un lote a otro lote. Para mayor información con respecto a las grasas y para ver la tabla de clasificación según el NLGI (Instituto Nacional de Grasa y Lubricante), ver el capítulo de lubricación.
205
Las gomas que se presentan en la gasolina son pequeñas cantidades de productos de oxidación disueltos que no han sido evaporados, o que no se
queman completamente. Aunque las concentraciones de goma encontradas durante la elaboración del combustible no son grandes, ellas pueden aumentar a proporciones peligrosas durante el periodo de almacenamiento.
Por encima de ciertos niveles, el contenido de goma en la gasolina puede ser nocivo. Estas se pueden acumular en el tanque, en la línea de combustible, en la bomba y el sistema de inducción, donde tiende a interferir en la acción de las partes móviles, tapando la entrada al carburador y, otras veces, obstruyendo el flujo de combustible, también puede causar atoramiento de las válvulas de admisión. Aunque un alto contenido de goma en la gasolina puede no dar un problema inmediato, su efecto es acumulativo y algunas reparaciones serán necesarias eventualmente. Esta es una situación difícil de diagnosticar y corregir y que puede ser dispendiosa. En cuanto a los resultados de la prueba de estabilidad a la oxidación de la gasolina, estos indican la tendencia a la formación de gomas, mientras que esta prueba determina la cantidad de goma presente. Ambas pruebas sirven para el control de las refinerías y son ampliamente usadas en el momento de la elaboración. Si el potencial de formación de goma de un combustible es normal, nos va a decir que el combustible resistirá un almacenamiento normal. El nivel de goma en el momento de consumo del combustible, la cantidad original de goma más la que se ha formado después, debe mantenerse dentro de límites aceptables.
206
Un aceite de petróleo puede presentar características ácidas o alcalinas (básicas), dependiendo de su origen, proceso de refinación o deterioro en
servicio. Los datos sobre la naturaleza y la extensión de estas características pueden ser obtenidos por el número de neutralización de los productos, o por el “número neutro” como usualmente se le conoce. La acidez y la alcalinidad están relacionados con la disociación, un fenómeno de las soluciones acuosas. La disociación es una forma de ionización, lo cual es un rompimiento natural de las moléculas en iones positivos y negativos. Si la composición química de las soluciones acuosas es tal que los iones de hidrógeno (positivos) son más numerosos que los iones de hidróxilos (negativos), la solución es considerada Equipo utilizado para medir número de neutralización. ácida; en caso contrario, se dice que la Gentileza de Castrol Chile S.A. solución es alcalina o básica. Un mayor exceso de cualquiera e estos dos iones, mayor es la acidez o alcalinidad de la solución. Si la cantidad de iones hidrógeno e hidróxilo son iguales, la solución es, por definición, neutra. La acidez o alcalinidad pueden también ser expresadas de acuerdo con la escala del pH, donde el cero representa la máxima acidez y el catorce la máxima alcalinidad y siete la neutralidad.
Debido a que la acidez está relacionada con la corrosividad, existe la tendencia a atribuirle al aceite propiedades indeseables que tienen un alto número de ácido o un bajo pH. Esta actitud es sustentada por el hecho de que el deterioro de un aceite en servicio (oxidación) es ordinariamente acompañado Gráfico pH 1
2
3
4
5
6
ÁCIDO
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10
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13
14
BÁSICO
por un incremento en la acidez. Con los aceites nuevos, los resultados de esta prueba dan un valor de control de calidad del producto. Con los aceites usados estos pueden servir como una guía de la condición mecánica, cambio en las condiciones de operación o deterioro del producto. Un aumento en el número ácido y/o una reducción en el número básico o el pH son indicativos generalmente de oxidación. Estas también pueden ser relacionadas con la descomposición de un aditivo, muchos de los cuales son alcalinos. Sin embargo, es imposible generalizar acerca de los límites a los cuales los valores de neutralización de un aceite en servicio, pueden decir con seguridad que puede seguir en funcionamiento. Cada combinación de aceite,
207
máquina y tipo de servicio, sigue una regla propia. Solamente a través de la experiencia con un conjunto de condiciones específicas, puede determinar a que número de neutralización un aceite debe ser retirado del servicio.
208
El número de octano de una gasolina es la medida de su calidad antidetonante; esto es, su habilidad para quemar sin causar “detonación” en los
motores encendidos por bujía. El nivel antidetonante de las gasolinas de aviación es determinado por los números de grados compuestos, por ejemplo: 80/87, 100/130, 115/145. En cada caso, el primer número es el rango de detonación determinado bajo condiciones de relaciones bajas aire-combustible, por el método ASTM D 614, mientras que el segundo número es el rango bajo condiciones de mezcla super enriquecida por el método ASTM D 909. Los valores por encima de 100 son expresados como Número de Rendimiento, los cuales están relacionados con los mililitros de tetraetilo de plomo, en iso-octano. Aunque el Número de Octano es un término común, este es muchas veces muy mal interpretado, debido principalmente a que existen varios métodos para medir esta propiedad: Número de Octano en Motor, Número de Octano Investigado y Número de Octano en Marcha. Cada uno de ellos revela una calidad antidetonante para un combustible dado, bajo ciertas condiciones particulares. El Número de Octano en Motor es tomado normalmente como una indicación de la habilidad del combustible para prevenir la detonación en motores de altas velocidades, mientras que el Número de Octano Investigado mide la tendencia de detonación a bajas velocidades. Sin embargo, es el Número de Octano en Marcha el que muestra realmente como un combustible se comporta en el motor de un automóvil, en cuanto a sus características de detonación (para mayor información referente al octanaje ver capítulo de combustibles).
209
La oxidación es una forma de deterioración a la cual están expuestos los aceites en servicio. La oxidación es una reacción química que ocurre entre dos
porciones de aceite y oxígeno que puede estar presente (usualmente el oxígeno de la atmósfera). La oxidación de un aceite lubricante es acelerada por las altas temperaturas, catalizadores (tales como el cobre) y la presencia de agua, ácidos o contaminantes sólidos. La proporción de oxidación es aumentada con el tiempo. La viscosidad del aceite es aumentada con la oxidación. Los productos de oxidación son materiales ácidos que se depositan como lodos suaves o duros o también en forma de barnices. Los aceites parafinicos son caracterizados por tener una alta resistencia a la oxidación, mayor que la de los nafténicos, aunque estos últimos tienden a no dejar depósitos. Cualquiera que sea el efecto de la oxidación, esta es indeseable en cualquier aceite que lubrique por un largo periodo de servicio. El uso de muchas bases seleccionadas han dado como resultado algunas mejoras en la resistencia a la oxidación. También se han mejorado los métodos de refracción y los inhibidores de oxidación, como era de esperarse una gran cantidad de estudios se han efectuado para determinar como se puede evaluar la resistencia a la oxidación.
La estabilidad a la oxidación es un factor importante en la predicción del rendimiento de un aceite. Sin una adecuada estabilidad a la oxidación, el tiempo de servicio de un aceite puede ser muy corto. Si el aceite no es reemplazado frecuentemente, existe la posibilidad de daño de las piezas lubricadas. Los ácidos formados por oxidación pueden ser corrosivos para los metales con los cuales está en contacto el aceite. Los lodos pueden ser depositados en la superficie de deslizamiento, causando en ellas desgaste o adherencia; también pueden taponar las tuberías del aceite. La estabilidad a la oxidación es un requisito primordial para los aceites utilizados en los sistemas cerrados de lubricación, donde el aceite es recirculado por periodos extensos. Entre mayor sea la temperatura de operación, mayor debe ser la estabilidad a la oxidación, especialmente en presencia de agua, metales catalizadores o polvo. La resistencia a la oxidación es de especial importancia en los aceites para turbinas a vapor, debido a las serias consecuencias sobre los cojinetes de la turbina. Los aceites para engranajes, transformadores eléctricos, fluidos hidráulicos, transferencia de calor y muchos aceites de cárter, también requieren un alto grado de la estabilidad a la oxidación.
210
Esta prueba, insoluble en pentano y benceno normales en los aceites lubricantes usados, tiene un papel importante en el análisis de contaminación.
La prueba esta basada en las diferencias en los efectos de solventes diferentes. Cuando el aceite es diluido suficientemente en pentano, éste pierde su poder solvente por la acción de ciertas resinas oxidantes, que por lo general se mantienen en solución. Estas resinas pueden ser precipitadas. Además, la dilución con pentano ayuda a sedimentar los materiales suspendidos en el aceite. Entre el aceite existen resinas de oxidación que no son solubles en el aceite, como también materias extrañas, polvo, partículas de metal desgastado y hollín. Todos los contaminantes que pueden ser separados del aceite por precipitación y sedimentación, son asignados como insolubles en pentano. Estos productos insolubles en pentano deben ser tratados con una solución de benceno, la cual disuelve las resinas de oxidación, dejando la materia extraña en su estado sólido. Esta cantidad final de precipitado, será por consiguiente hollín, polvo y partículas de metal que se conocen como insoluble en benceno. La prueba insoluble en benceno, hoy en día prácticamente no se usa.
Los datos de insoluble en pentano y benceno, lo mismo que las resinas insolubles son muy importantes en la determinación de la capacidad de un aceite usado de cárter de seguir en servicio. También sirve para evaluar las características de rendimiento de un aceite usado o en la determinación de la causa de una falla del motor. Sin embargo, lo mismo que los resultados de otras pruebas para aceites lubricantes, los productos insolubles en pentano y benceno son difíciles de interpretar por sí mismos. Sus significados dependen en gran parte del tipo de aceite que se está investigando, el servicio al cual ha sido expuesto y los resultados de otras pruebas. En general, un bajo contenido de insoluble en pentano indica que el aceite está en buena condición. Los productos de la oxidación y otras formas de contaminación, son muy pequeños. En este caso, se gana algo con la continuación de las otras partes de la prueba. Sin embargo, si la cantidad de insoluble en pentano es alta, es un índice de contaminación apreciable. Una contaminación excesiva puede ser la causa del cambio de aceite; la cantidad crítica de productos insolubles en pentano depende de la tolerancia del motor y de otros factores que deben ser evaluados por experiencia. El porcentaje de insoluble en benceno indica la contaminación por productos de oxidación y/o materia extraña. Un valor relativamente alto de insoluble en benceno, muestra la presencia de contaminación debida a una fuente externa. El hollín, un producto de la quema parcial del combustible, es la principal fuente. Otra puede ser el polvo, como resultado de una inadecuada filtración de aire. También, un desgaste extremo puede ser el responsable de la presencia de pequeñas partículas de metal en el aceite. Si el contenido de insoluble en benceno es mayor del esperado, en la practica existirá una falla de operación. Análisis posteriores serán necesarios para determinar la fuente del problema.
211
Sin embargo, bajo algunas condiciones, se encuentra una dilución excesiva del aceite del cárter. Deficiencias de sellado de los anillos, fallas de la inyección o temperaturas bajas de operación, pueden permitir el paso de combustible de la cámara de combustión al cárter donde se mezclará con el
aceite. En tales casos, la oxidación del aceite puede ser determinada por la presencia de resinas insolubles en la prueba. Por consiguiente, si el contenido de resinas insolubles es alto, es razonable sospechar la dilución en el cárter y tener en cuenta los resultados de otras pruebas del mismo aceite.
Es útil conocer hasta qué temperatura un aceite de petróleo puede llegar, antes de perder sus características de fluido. Esta información debe ser considerada de importancia considerable, por las variaciones existentes en este aspecto entre diferentes aceites, aún entre aquellos que tienen viscosidades similares. Si un aceite lubricante es lo suficientemente enfriado, éste alcanzará una temperatura a la cual no fluirá más, 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 las partes fluidas. Para muchas aplicaciones, un aceite que no fluye por sí mismo a una baja temperatura, no dará una lubricación satisfactoria. El rango hasta el cual un aceite puede ser enfriado en forma segura, es llamado el Punto de Fluidez, la temperatura más baja a la cual un aceite puede fluir desde su recipiente, por sí mismo. El comportamiento de un aceite a baja temperatura depende principalmente del tipo de crudo del cual es refinado, el método de refinación y la presencia de aditivos.
El punto de fluidez de un aceite está relacionado con su habilidad para empezar a lubricar, cuando una máquina fría se pone a funcionar. La agitación de una bomba puede romper la estructura cristalina que se haya podido formar, si el aceite no está realmente congelado, de este modo restaurándole su fluidez. Generalmente el aceite el aceite es alimentado a la bomba por gravedad y no se puede esperar que llegue a la bomba bajo estas condiciones, si la temperatura es menor que el punto de fluidez. Los motores de los vehículos de pasajeros y muchas máquinas que son parados y arrancados bajo condiciones de temperaturas bajas, requieran un aceite que fluya adecuadamente cuando está frío. Más aún, los sistemas de lubricación por circulación, aquellos alimentados por gravedad y los sistemas hidráulicos, requieren un aceite de buenas propiedades fluidas. Un aceite con bajo punto de fluidez ayuda a una lubricación completa, cuando un equipo es arrancado en frío. Un valor bajo es deseado, también, en un aceite para transformador, el cual debe circular bajo todas las condiciones de temperatura. El control de los grande aviones depende en gran parte de los aceites hidráulicos que deben permanecer fluidos después de ser expuestos a bajas temperaturas extremas. Para estas aplicaciones y otras similares, el punto de fluidez es una consideración bastante importante.
212
El azufre está presente en todos los crudos en formas y concentraciones variables. Aunque el azufre en compuestos aditivos especiales puede ser
altamente benéfico (algunas veces indispensables) para algunos aceites lubricantes, la presencia de azufre en los crudos es generalmente perjudicial. Cuando se destila un crudo, los derivados de azufre tienden a concentrarse en las fracciones más pesadas dejando las fracciones más livianas con un contenido relativamente bajo de azufre. El límite de la tolerancia de las concentraciones de azufre depende del tipo de compuesto y del uso final de la fracción, lo que da mayor importancia a las pruebas de contenido de azufre. Las pruebas más comunes son: ASTM D 1266, azufre en productos de petróleo por el método de la lámpara. Es un método utilizado en la investigación de la gasolina, kerosene, nafta, hidrocarburos aromáticos industriales, etc., productos que se pueden quemar directamente con mecha. ASTM D 129, azufre en productos de petróleo por el método de la bomba. Es aplicable a aceites lubricantes que contienen aditivos, concentrados aditivos y grasas lubricantes, materiales que no se pueden quemar en una lámpara de tipo de mecha. Otros tipos de petróleo también se pueden ensayar por este método. ASTM D 1219 y D 1323, mercaptano de azufre en los combustibles para turbinas de aviación. Estos dos métodos miden los mercaptanos por cantidad de nitrato de plata que reacciona con ellos.
El contenido de azufre determinado por las pruebas, está estrictamente limitado por especificaciones en la mayoría de los productos de petróleo. El contenido de azufre en los combustibles ligeros (gasolinas y combustibles diesel) es particularmente crítico debido al efecto del azufre en la corrosión y la formación de depósitos en la máquina. El azufre conduce también a la formación de gomas en la gasolina en tanques y carburadores. Algunos motores diesel de alta velocidad son diseñados para tolerar contenidos de azufre en el combustible hasta del 1.0% mientras que los motores más pesados de baja velocidad utilizados en aplicaciones industriales y marinas pueden tolerar contenidos de azufre de hasta 3.0%. En cualquier caso, el efecto puede ser reducido por el uso de aceites lubricantes especiales altamente detergentes.
213
ASTM D 2509 para grasas lubricantes.
ASTM D 2782 para fluidos lubricantes. Para las partes de maquinarias sujetas a altas cargas unitarias, el lubricante debe ser capaz de mantener una película para evitar el contacto metal a metal bajo las extremas presiones implicadas. De otra manera, se presentará el rayado de las superficies y la posible falla de las partes. Para estas aplicaciones se requieren lubricantes especiales para extrema presión (EP). La prueba Timken de EP es una de las muchas que existen, para simular las condiciones de servicio de extrema presión y para evaluar el comportamiento de los lubricantes
Solamente se pueden obtener conclusiones de tipo general, con la prueba Timken o con cualquiera otra de extrema presión. Los resultados encontrados deben ser relacionados con información adicional del lubricante, tales como propiedades antidesgaste, tipo de aditivo, característica de corrosión, etc. Usados de esta manera, los resultados de esta prueba pueden darle a un mecánico o ingeniero experimentado, valiosa información sobre el rendimiento de un lubricante, con respecto a otros. Además, la prueba Timken de EP es utilizada en el control de calidad de lubricantes cuyas características de rendimiento han sido establecidas anteriormente.
214
Todos los líquidos tienden a evaporarse, esto es, volverse gases. Esta
tendencia es una manifestación de la presión de vapor de los materiales, la cual, es la presión ejercida por las moléculas en la superficie en su intento de escapar hacia la atmósfera. Para un líquido dado, esta presión es función únicamente de la temperatura. La presión de vapor de agua, a su temperatura de ebullición (212ºF) es de 14.7, que es la presión atmosférica. Entre mayor sea la volatilidad de un líquido, mayor es su presión de vapor a una temperatura especifica y por consiguiente más rápida será su vaporización. A una misma presión atmosférica y a igual temperatura del líquido, la gasolina se evaporará mucho más rápidamente que el aceite diesel. Por lo tanto, para una temperatura dada, la presión de vapor de un líquido es una medida de su volatilidad. Un producto de petróleo, al contrario del agua, comprende fracciones muy diferentes, cada una con una composición y una presión de vapor propias. Por lo tanto la presión de vapor del producto es un valor combinado que refleja las diferentes presiones de vapor de las varias fracciones, de acuerdo a su participación molecular. De esta forma es posible que dos compuestos totalmente diferentes, que tengan la misma presión de vapor a una misma temperatura, obtenida por la acumulación de las presiones de vapor de las fracciones de cada compuesto. Un destilado de rango estrecho, puede tener la misma presión de vapor que la de una mezcla, donde el efecto de las fracciones más pesadas es compensado por las de las fracciones livianas. Cuando un producto de petróleo se evapora, las primeras fracciones en liberarse son las más volátiles, dejando las partes menos volátiles y de menor presión de vapor para después. Esto trae como consecuencia la elevación de la curva de destilación, donde el punto de ebullición está relacionado con la volatilidad. La presión de vapor es usualmente medida por el método ASTM D 323 (Presión de Vapor Reid), la cual evalúa la presión de la gasolina y otros productos de petróleo volátiles a una temperatura de 100ºF (38ºC).
La presión de vapor Reid tiene una importancia esencial para la gasolina, la cual contiene una parte de fracciones altamente volátiles, tales como butano, pentano, etc. Estas fracciones ejercen una mayor influencia en los resultados de esta prueba. Una alta presión de vapor está relacionada con la presencia de estos compuestos de alta volatilidad, los cuales son necesarios para una buena partida en frío. Sin la presencia de estas fracciones, sería muy difícil o casi imposible vaporizar la gasolina en la suficiente concentración para producir una mezcla combustible de aire y gasolina, a bajas temperaturas. Por otro lado, la presión de vapor puede ser demasiada alta. Un exceso de fracciones altamente volátiles en un clima caliente puede causar el taponamiento por vapor, evitando de esta forma el paso de gasolina al carburador. Esto es el resultado del vacío parcial que existe en el lado de succión de la bomba de combustible y que en asociación con una alta temperatura, incrementan la tendencia de evaporación del combustible. Si la presión de vapor es muy alta, los vapores formados en la línea de succión interrumpirán al flujo del combustible líquido hacia la bomba. Dando como resultado la parada del motor.
215
En cuanto mayor sea la presión de vapor en las gasolinas para automóviles, y de aviación, solventes y otros productos volátiles de petróleo,
mayor es la posibilidad de pérdidas por evaporación y mayor el peligro de fuego.
216
La viscosidad es probablemente la propiedad física más importante de un
aceite lubricante. Esta es la medida de las características de flujo del aceite, entre más espeso sea, mayor es su viscosidad y mayor su resistencia a fluir. Es importante tener el control estricto de la temperatura. La viscosidad de cualquier aceite de petróleo aumenta cuando el aceite es enfriado y disminuye cuando este es calentado. Por esta misma razón, el valor de la viscosidad debe ir siempre acompañado por el de la temperatura a la cual fue determinado. El valor de la viscosidad, por sí solo, no significa nada. Los dos métodos más comunes para probar la viscosidad de un aceite lubricante son el Saybolt y el cinemático. De estos dos, el que se encuentra más frecuentemente asociado con los aceites es el Saybolt (ASTM D 88). Sin embargo, el método cinemático (ASTM D 445) se considera más preciso.
Viscosimetros a 100 ºC y 40 ºC.
Gentileza de Castrol Chile S.A.
La viscosidad es casi siempre la primera consideración en la elección de un aceite lubricante. Para una lubricación más efectiva, la viscosidad debe de estar de acuerdo con la velocidad, la carga y la temperatura de la parte lubricada. Una máquina que trabaja a alta velocidad, presiones bajas y temperaturas bajas, debe utilizar un lubricante con un grado bajo de viscosidad. Un aceite que es más pesado de lo necesario introduce una fricción fluida excesiva y crea un arrastre innecesario. Por el contrario, un equipo que trabaja a bajas velocidades y altas cargas y temperaturas, deberá ser lubricado con un aceite de alto grado de viscosidad. Un aceite muy delgado no prevee una película resistente necesaria para soportar la carga y para dar una protección adecuada a las superficies de contacto. La viscosidad y la volatilidad están relacionadas. De un modo general, los aceites más livianos tienen una mayor volatilidad; por consiguiente, bajo condiciones de temperaturas altas, la volatilidad de un aceite está indicada por su viscosidad; lo cual debe ser tenido muy en cuenta. Aunque la importancia de los resultados de las pruebas de viscosidad, ha sido considerada desde el punto de vista de los aceites nuevos, estas pruebas desempeñan un papel en la evaluación de los aceites usados. Un incremento en la viscosidad durante el servicio puede indicar una oxidación del aceite. La oxidación de moléculas de aceite incrementa su tamaño y por consiguiente el espesamiento del aceite. Cuando la oxidación ha avanzado hasta el punto de causar un aumento sensible en la viscosidad, es una señal de una apreciable deterioración del aceite.
217
Los líquidos tienen la tendencia a adelgazarse cuando son calentados y
a espesar cuando son enfriados. Sin embargo, esta relación de la viscosidad con la temperatura, cambia en otra proporción dependiendo del líquido. Muchas veces, como los líquidos de 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 el Índice de Viscosidad (I de V). Este índice es un valor numérico abstracto y empírico. Entre mayor sea el I de V, menor es el cambio de viscosidad con la temperatura (un ejemplo de esto son los aceites multigrado, Información respecto a este tipo de aceite se encuentra en el capítulo de lubricantes).
Uno de los aspectos que permitió el rápido desarrollo del índice de viscosidad, fue la observación inicial, que para los aceites de igual viscosidad a una temperatura dada, un aceite nafténico se adelgazaba más a una alta temperatura que un aceite parafínico. Sin embargo, no existía un único parámetro que pudiera expresar este tipo de relación con los cambios de temperatura. comparación El sistema entre del las características índice de viscosidad de viscosidad desarrollado de un aceite, fue basado con las de en los la aceites “patrones”. Un aceite nafténico en una serie de grados con diferentes viscosidades a una temperatura dada, cuyas viscosidades cambian en un 1000 800
50
Escala A – Viscosidad, es a 100ºF Escala B y C – Viscosidad, es a 210ºF Gráfica para calcular índices de viscosidad mayores de 100 a partir de la viscosidad
40
cinemática,
600 30 400 300 20 50
200
40 30 100 80
10 9
60
8
20
7 40
6
30
5
10 9 7
20
4
6 5
3
4
10 3
8 6
basada
en
el
método ASTM D 2270. Las
líneas punteadas ilustran el modo de utilización. 1º se traza la línea que une las dos escalas de viscosidad a 210ºF (100ºC) y luego con el valor de la viscosidad a 100ºF (40ºC) se traza la línea horizontal y se ubica el valor del índice de viscosidad resultante. Debido a la facilidad de utilización es factible obtener el calculo del I de V a través de la gráfica, pero a modo de alternativa es posible también obtenerlo a través de la fórmula: I de V = ((L-U) / (L-H)) x 100 Donde L es la viscosidad a 100ºF del aceite de I de V de cero, H es la viscosidad del aceite de I de V de 100 a 100ºF, y U es la viscosidad a 100ºF del aceite desconocido o que es está analizando.
2 2 100
150
200
250
300
Índice de Viscosidad
218
amplio rango con los cambios de temperatura, les les fue asignado un número arbitrario de cero. La serie parafínica, cuyas viscosidades cambian menos con la temperatura, les fue asignado un I de V de 100. Con los datos tabulados de
viscosidades de estas dos series de aceites, el I de V de cualquier aceite puede ser expresado como un porcentaje relacionado con la temperatura de 100ºF del aceite de prueba, entre el I de V de cero y el I de V de 100, todos los cuales tenían la misma viscosidad a 210ºF.
Los aceites lubricantes están expuestos a un amplio rango de temperaturas durante el tiempo de servicio. A altas temperaturas la viscosidad de un aceite puede bajar hasta puntos donde se rompa la película de lubricación, dando como resultado el contacto metal a metal ocasionando un desgaste severo. En el caso contrario, el aceite puede volverse demasiado viscoso para una adecuada circulación o puede generar fuerzas tan altamente viscosas que impidan el funcionamiento adecuado de la maquinaria. Por consiguiente, muchas aplicaciones requieren un aceite de altos índices de viscosidad. Por ejemplo, los aceites de cárter de automóviles no deben ser muy espesos a bajas temperaturas de encendido, impartiéndole una carga excesiva para el movimiento del motor. Durante tiempo caliente, el aceite debe fluir libremente daraceite una haya completa lubricación a todas las partes deléste motor. Después depara que el alcanzado la temperatura de operación, no se debe adelgazar a tal punto que cause un gran consumo o que la película de lubricación no pueda soportar la carga. De forma similar, un fluido hidráulico en el sistema de una aeronave puede estar expuesto a temperaturas de 100ºF (40ºC) o mayores en tierra y a temperaturas por debajo de cero cuando está en vuelo. Para una correcta operación bajo estas condiciones variables, la viscosidad de un fluido hidráulico debe permanecer relativamente constante, lo cual requiere un índice de viscosidad alto.
219
Las grasas lubricantes son utilizadas frecuentemente en aplicaciones
bajo condiciones húmedas, donde el agua puede entrar al mecanismo y mezclarse con la grasa. Por consiguiente, la habilidad de la grasa para resistir el arrastre del agua es propiedad muy importante para mantener una buena película de lubricación y las pruebas para evaluar el efecto del agua en las propiedades de la grasa, son de interés considerable. Las grasas pueden ser resistentes al agua en varias formas. Algunas grasas rechazan completamente la mezcla con agua o la retienen solamente como pequeñas gotas con pequeños cambios en su estructura. A menos que estas grasas sean inhibidas adecuadamente contra la corrosión, no serán apropiadas para lubricar bajo condiciones húmedas debido a que el agua “libre” puede llegar a estar en contacto con la superficie metálica y causar corrosión. Sin embargo, otras grasas que absorben agua pueden ser apropiadas bajo condiciones húmedas. Estos tipos de grasa absorben cantidades de agua relativamente grandes, formando emulsiones de agua en aceite. Esta absorción tiene un pequeño efecto en la estructura de la grasa, no permitiendo además el contacto de agua “libre” con la parte metálica. Por lo tanto, la grasa continua dando una lubricación adecuada, actuando también como anticorrosivo. Otras grasas que absorben el agua, forman una emulsión fluida delgada, destruyendo de esta manera la estructura de la grasa. Estas son útiles bajo condiciones húmedas, siendo consideradas como de pobre resistencia al agua.
Los resultados de la prueba son útiles para predecir el posible comportamiento de una grasa en un cojinete cerrado (no sellado) expuesto al lavado de agua. Son además una medida de la solubilidad de una grasa en agua y den una información limitada del efecto del agua sobre la estructura de la grasa. No dicen nada acerca de las propiedades anticorrosivas de la grasa. La prueba es un procedimiento de laboratorio y no debe ser considerada equivalente a la evaluación en servicio. Los resultados de las pruebas de grasas por este método pueden diferir de los encontrados en servicio debido a las diferencias en el diseño de las cajas y los sellos.
220
Si un combustible de petróleo debe ser
quemado en una caldera o en un motor, la materia extraña dentro de él es indeseable. Cantidades excesivas de estas impurezas como agua o sólidos contaminantes, pueden interrumpir la operación de la unidad y algunas veces dañarlas.
Prueba para verificar presencia de agua en el aceite.
Gentileza de Caterpillar Inc.
Las dos impurezas más comúnmente encontradas en los aceites lubricantes son el agua y el sedimento, existiendo varias pruebas y procedimientos para medir sus concentraciones. El agua y el sedimento pueden ser determinados juntos por un procedimiento de centrifugación. El agua sola puede ser determinada con más precisión por destilación, mientras que el sedimento puede serlo mediante la extracción con solvente o por filtración en caliente.
Lo mismo que muchas otras pruebas, la determinación del agua y sedimento da resultados que deben ser interpretados con base a experiencias previas. Es obvio que grandes cantidades de agua y /o sedimento pueden causar problemas en casi cualquier aplicación. Sin embargo, las diferentes aplicaciones pueden tolerar concentraciones diferentes de impurezas. Sería bueno recordar que todo producto de petróleo debe estar limpio cuando sale de la refinería y ser contaminado durante el almacenamiento y el manejo, inclusive con agua de condensación. El agua y el sedimento son recogidos por el aceite en los tanques de los buques y otros tipos de transporte o almacenamiento.
221
r
l
e d
a n l i i l o o l s e a u G F
s e t n e v l o S
e t r á c e d e t i e c A
Atrapamiento de aire
i r t s u d n i
e t i e c A
o s a e e s t i c e o a c r r A G
X
Punto de anilina Contenido de ceniza
X
X
X
X X
X X
X
Temperatura de autoignición Número de bromo Número de cetano Punto de turbidez Corrosión en lámina de cobre Demulsibilidad Resistencia dieléctrica Dilución de los aceites para cárter Destilación Punto de goteo Punto de chispa – recipiente abierto Características de espumación Prueba con cuatro bolas Densidad Número de neutralización Número de octano Estabilidad a la oxidación Penetración Insolubles en pentano y benceno Punto de fluidez Ceniza sulfatada Azufre Pruebas Timken EP Presión de vapor Viscosidad Índice de viscosidad
X X
X
X X
X
X
X
X
X
X X
Arrastre de agua Agua y sedimento
a n i f a r a p
X
X X X
X
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X
X X
X X
X X
X X X X X
X X X
X X X
X X X X X X
X
X X
X
X X
X
X
222
223
Los sistemas hidráulicos se usan para operar y controlar la maquinaria
en casi todas las secciones de la industria. Los sistemas hidráulicos son vitales para la producción. Su continuo rendimiento ininterrumpido es obligatorio. Si toda unidad similar se desgastase en la misma velocidad, y todo aceite similar se deteriorase a la misma velocidad, y todo sistema de filtro similar dejara de ser eficaz al mismo tiempo, el mantenimiento preventivo sería una respuesta obvia al problema. Pero es un hecho que motores, engranajes, transmisiones, etc. semejantes, noen seuna desgastan con la misma velocidad;y la el deterioro del aceite no se produce escala realmente pronosticable; eficacia de los sistemas de filtros está basada en una multitud de “suposiciones”. Sí, para tener la duración máxima de vida del sistema total, un programa de mantenimiento controlado a través del análisis de aceite es la mejor solución para programas eficientes de mantenimiento. El controlar el mantenimiento, por medio del análisis de aceite usado, es un método para monitorear la condición exacta de los componentes mecánicos y del fluido hidráulico. El informe del análisis de aceite es una herramienta de control de mantenimiento que puede señalar la falla inminente antes de que ocurra una paralización o un problema serio. Igualmente importante, este puede decir cuando el equipo está operando adecuadamente y no requiere servicio. Esta es una herramienta de calidad por la que se pueden establecer las prácticas correctasdedecontrol mantenimiento. La localización de averías por medio del análisis de aceite, tiene la gran ventaja que el equipo se mantiene en operación mientras tiene lugar el diagnóstico. Los programas de análisis de aceite de mantenimiento controlado están diseñados para determinar la presencia o ausencia de cualquier contaminación en el fluido. De haber contaminantes presentes, ellos se identifican y cuantifican. El análisis luego sugiere medidas correctivas para cualquier anormalidad indicada. Por ejemplo, un alto índice de metales indicaría posiblemente desgaste de bomba crítico, en el caso de un sistema hidráulico, o agua en el aceite con base de petróleo, podría indicar una filtración en el radiador de aceite. Aunque el análisis de una muestra es útil, es con un programa de muestreo periódico continuo de donde se obtiene mayor beneficio y se incrementa la precisión del diagnóstico. Deberá prepararse un registro individual para cada sistema hidráulico. Cada prueba posterior forma parte del registro permanente y se compara con los resultados previos. Cualquier cambio indicará un problema de desarrollo. Este registro individual debe incluir una descripción del sistema completo, su funcionamiento, servicio, el tipo y marca del fluido usado, y cualquier otro dato pertinente relativo al equipo. Esta información debe ser proporcionada con la muestra del fluido enviada a análisis.
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La contaminación indica la presencia de materiales o contaminantes indeseables en el aceite. Los nueve contaminantes más comunes son los siguientes: 1. . Los elementos de desgaste son aquellos cuya presencia indica que una pieza o un componente se está desgastando. Entre los elementosmolibdeno, de desgaste se níquel encuentran el cobre, hierro cromo, aluminio, plomoestaño, silicio, y magnesio. 2. . La tierra puede penetrar en el aceite lubricante impulsada por el aire que sobrepasa los anillos del pistón y quedar adherida a la película lubricante de las paredes del cilindro. 3. . El hollín es combustible que no se ha llegado a quemar completamente. El humo negro y los filtros de aire sucios indican la presencia de hollín que hace que el aceite se ennegrezca.
5. . El agua es un subproducto de la combustión y generalmente sale por el tubo de escape. Si la temperatura del motor es insuficiente se puede condensar en el cárter. 6. . 7. . 8. . Los productos de oxidación espesan el aceite y la alta temperatura del aire de admisión acelera la oxidación. 9. . Los productos de nitración también espesan el aceite; la nitración es más pronunciada en los motores de gas natural.
Además de los contaminantes, hay también otros factores que disminuyen la eficacia delpero aceite. factoresa que no “contaminan” el aceite, como el hollín o la tierra, queEstos contribuyen la degradación del aceite son: baja temperatura del agua de las camisas, alta humedad, nivel de consumo de aceite, carga del motor, inadecuada selección del combustible y métodos de conservación inapropiados
El análisis periódico de aceite (A.P.A.) consta de una serie de pruebas destinadas a identificar y medir la contaminación y degradación de una muestra de aceite. Tres son las pruebas básicas: 1. Análisis de desgaste 2. del estado del aceite 3. Análisis Análisis ferrográficos Toma de muestra Gentileza de Caterpillar Inc.
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A continuación se dará una breve explicación de estas pruebas.
Su alta sensibilidad permite detectar elementos en trazas y es por esta razón que se utiliza en los aceites para determinar la concentración de partículas metálicas en suspensión y dependiendo de su cantidad, visualizar probables fallas mecánicas antes que se produzcan. Su importancia radica en que mediante su identificación se evitan costos mayores en el ymantenimiento eludiendo fallas imprevistas de funcionamiento especialmente,programado, prevenir costos mayores por fallas mayores. Esta prueba es una confirmación cuali y cuantitativa de las otras pruebas que se realizan en los aceites usados, como por ejemplo: viscosidad, punto de inflamación, insoluble en pentano, etc.. Idealmente, esta prueba debe llevarse periódicamente en los motores y demás sistemas hidráulicos, con el objeto de detectar cada ciertos periodos de operación de un vehículo, la evaluación del desgaste de los distintos elementos constitutivos de éstos. Un súbito aumento de uno o varios elementos debe ser producto de una Esto, unido preocupación al resto deespecial. las pruebas realizadas dará un cuadro completo o aproximado de las probables fallas y sus consecuencias.
Análisis de una muestra de aceite mediante un espectrofotómetro de absorción atómica. Gentileza de Caterpillar Inc.
Sin perjuicio de los anterior, en caso de peritajes, esta prueba, unida al resto dá una visión bastante aproximada de lo que sucede o sucedió en un motor, para determinar si la falla producida en el vehículo se debió a un mal dimencionamiento del lubricante, falla de lubricación, falla de material o cualquier combinación de ellas. Los elementos que se detectan en este tipo de análisis espectrométrico son: Fe, Ag, Al, Cr, Cu, Mo, Mg, Si, Ti, B, Zn, Na, Pb, etc. Los motores están hechos básicamente de acero, y el ingrediente principal del acero es el hierro. Los restos de hierro, siempre presentes en el aceite, la mayoría viene del desgaste de la pared del cilindro. Durante el rodaje, los niveles de hierro subirán a 200, 300 e incluso 400 partes por millón (por 5000 millas o 3125 kilómetros aproximadamente de uso de aceite). Pasado este periodo, el desgaste se nivelará cercano a las 100 ppm Si se usa gasolina plomada, este dato es inútil para el análisis, pero si se usa un combustible sin plomo, es una historia diferente. El plomo se usa en algunos motores como destello (una capa delgada) en algunas partes del motor (cojinetes y pistones) para ayudarlas a desgastase. Al principio, en el rodaje, los niveles de plomo son altos en dichos motores, pero si el plomo permanece alto después del rodaje, los descansos del motor deben estar mostrando serio desgaste, mientras los desgastes principales están hechos de antimonio
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(combinación de plomo, cobre y estaño), así si los niveles de plomo altos reaparecen. Observe a continuación el cobre.
Se dice: “si el plomo aumenta y el cobre permanece bajo entonces todo está bien”. Pero si el plomo y el cobre aumenta, eso es antimonio y se estará obteniendo el material desgastado. En un motor nuevo, probablemente se obtendrían niveles de plomo de 200 o 300 ppm, pero pasado ese periodo se nivelaría a 50 o 100 ppm. El cobre sería estable entre 10 y 15 ppm. Si el cobre repentinamente alcanza entre 35 y 40 ppm aproximadamente, se están teniendo serios problemas. También sería una buena idea considerar el estaño. Los niveles normales aquí son de 10 a 20 ppm. Si el estaño, repentinamente, se dispara a 40 o 45 ppm y el cobre permanece entre 10 y 15, no habría problema. Algunos motores usan estaño para partes de destello (capas delgadas) y eso solamente es el desgaste de destello normal. Pero si ambos, el estaño y el cobre aumentan eso es el desgaste de antimonio. Si esa combinación más plomo apareciera en una muestra de aceite sometida a análisis, le recomendarían sacar los descansos principales y hacer una revisión. Si no se hiciera se estaría arriesgando que el descanso falle totalmente y a su vez el motor. En los motores de automóvil, el cromo significa anillos. Normalmente, el cromo se encuentra en menos de 10 ppm. Pero si este, repentinamente, se
eleva a 25, el analista revisaría el hierro y los sólidos totales de carbón. Si los tres fuesen altos, eso indicaría una gran cantidad de desgaste de los anillos de pistón y de las paredes del cilindro. Esto también lo pondría en aviso de los gases de combustión que bajan alrededor del pistón. Estos gases serían acumulados en el aceite en la forma de sedimento y carbón. Un analista que encontró esta combinación recomendarla una revisión de compresión para confirmar el hallazgo. Si el desgaste ha comenzado, el analista debe descubrirlo antes de que se requieran reparaciones mayores. Actualmente se usa en el block de algunos motores, y en los pistones de otros, En ambos casos, el descubrimiento de aluminio mostraría desgaste de la misma forma que lo haría el hierro en otros motores. Las lecturas normales para un motor de pistón de aluminio serían menores a 20 ppm y de 60 a 80 ppm para un block de aluminio. En un motor de automóvil, el Níquel se usa en los vástagos de válvula y en los cigüeñales. Si se ve desgaste de descanso (Cobre, Estaño y Plomo) y algo de Níquel, significaría que hay un desgaste de descanso y un cigüeñal dañado. Si por otra parte, hay un alto contenido de níquel y no hay señales de desgaste de descanso, entonces probablemente es el momento que comiencen a trabajar en la válvula. Las lecturas de silicio altas significan contaminación en el aceite por polvo ambiental, producto fundamentalmente, de un mal funcionamiento de filtros, especialmente de aire, el cual pasa al aceite a través del cilindro y pistón al ingresar la mezcla a la cámara de combustión. Cualquier cosa superior a 25 ppm en un motor a gasolina, o 15 ppm en un motor a Diesel, significa anormalidad. Anteriormente, pocos aceites usaban un agente de silicona
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antiespuma. Este puede confundir la lectura, pero pocos aceites hoy en día usan este aditivo.
Estos son ingredientes anticongelantes (refrigerante)de etilenglicol. Cualquiera de estos significa que se tiene una filtración de empaquetadura de culata. Todos son partes del paquete del aditivo metálico de aceite para dar mejores condiciones de funcionamiento al lubricante y que son detectados en el análisis espectrométrico. Las concentraciones relativas dicen al analista que tipo de paquete de aditivo contiene el aceite. Como se dijo anteriormente, el análisis espectrométrico es un método para determinar el contenido metalúrgico de un aceite lubricante medido en partes por millón por unidad de peso.
Hay dos métodos usados en la actualidad en el análisis de aceite: espectrómetros de lectura directa de emisión y de absorción atómica. Esencialmente, ambos métodos identifican y miden la cantidad presente en el aceite, de elementos tales como hierro, cobre, plomo, entre otros.
Depende del hecho que los átomos de los elementos pueden ser estimulados para emitir energía radiante (un arco eléctrico de alto voltaje). Varios elementos emiten radiaciones de longitudes de onda únicas, cuya intensidad es proporcional a la concentración. El espectrómetro separa estas radiaciones de luz en longitudes de ondas discretas, y las identifica y mide simultáneamente. El espectrómetro de emisión puede analizar hasta 20 elementos de una vez, aproximadamente en 1 minuto.
Abarca la medición de radiación absorbida por átomos químicamente libres. La cantidad de absorción de la radiación es proporcional a la cantidad presente. Los elementos son determinados de a uno y medidos en partes por millón. Deberá señalarse que mientras más datos e información tiene el analista disponible, más exacto será su diagnóstico de aceite y condición de equipo. Otro método también usado es el:
El recuento de partículas es una indicación de la limpieza del sistema. Los analistas pueden ver en el recuento total y estudiar el aumento en la cantidad de grandes partículas o partículas en la línea de interés. Por ejemplo, todas las partículas sobre 10 micrones. El nivel contaminante es monitoriado para determinar si el filtro está funcionando satisfactoriamente. El uso de análisis de partículas depende del conocimiento del sistema completo, de la razón de incremento en los recuentos de partículas y de la experiencia de los analistas. El recuento de partículas es una medida excelente de limpieza de aceite en almacenamiento, así como del aceite en un equipo nuevo o recientemente reparado.
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Un espectro infrarrojo infrarrojo proporcionará una huella digital del aceite hidráulico. Especialmente útil es la técnica diferencial, que compara el aceite usado con el aceite de nueva referencia. El análisis infrarrojo diferencial puede ser altamente discriminatorio, pero depende de la disponibilidad de unmarca aceite yde referencia no usado, de la misma grado. Este método proporciona un medio excelente para establecer la identificación del tipo de aceite, presencia de Gentileza de Castrol Chile S.A. contaminantes de fluidos (hollín, azufre, etc.), oxidación, nitración y productos de degradación de aceite. El análisis infrarrojo es un método excelente para determinar el estado del aceite usado.
Los tipos de desgaste y la influencia de aditivos lubricantes son analizados por medio de examen de muestras de aceites tomadas de maquinaria en operación. Cada partícula puede ser observada en un ferrograma. Se puede determinar naturaleza y severidad de una condición de desgaste anormal.proporcionando también es posible distinguir compuestos de metales en el ferrogramo, de este modo datos significativos de loslibres que se puede decidir si se va a someter a overhaul o continua en operación. La ferrografía es una técnica desarrollada para separar desecho de desgaste y partículas contaminantes de un lubricante y disponerlas como un substrato transparente para examen. Como las partículas de desgaste son precipitadas magnéticamente, todas las partículas de suciedad de carbono son eliminadas virtualmente. Las partículas precipitadas, depositadas de acuerdo al tamaño, deben ser examinadas en una forma individual ya que, las partículas grandes, no están oscurecidas por aglomerados de partículas más pequeñas. Se pueden establecer las características únicas de todos los tamaños de partículas. Es posible diferenciar el desgaste, por corte, erosión por tamaño de partículas y configuración. La relación entre partículas grandes y pequeñas y cambios en esta relación en muestras subsecuentes, pueden revelar lo rápido que se está deteriorando el sistema. Comparada a otros análisis, la ferrografía es cara. Sin embargo, los datos de incalculable valor en la determinación si una situación es crítica en un sistema hidráulico costoso.
El análisis periódico de aceite identifica y mide varios contaminantes en el aceite que pueden deteriorar el motor. Por ejemplo, una alta concentración de cobre indica el desgaste de un buje o una arandela de tope. Una alta
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concentración de cromo indica anillos de pistón deteriorados, con la excepción de los anillos cubiertos con plasma. El análisis periódico del aceite permite inspeccionar el estado de dichas piezas y, de ser necesario, tomar acción para
evitar daños posteriores. A continuación se indican algunos contaminantes típicos y los efectos que producen sobre el motor. indicadores de presencia de silicio superiores a las normales pueden señalar un problema importante. El aceite cargado con silicio se convierte en un compuesto abrasivo que puede desgastar el metal de distintas piezas durante la operación. un aumento imprevisto de sodio señala fugas de inhibidor desde el sistema refrigerante. El inhibidor puede ser indicio de que hay anticongelante en el sistema de lubricación que hace que el aceite se espese y formen sedimentos que atasquen los anillos de pistón y obstruyan el filtro. una combinación de estos elementos señala que entra tierra por el sistema de inducción, produciendo el desgaste de los anillos de pistón y las camisas de cilindro. la presencia de aluminio puede ser crítica. La concentración de aluminio
sugiere desgaste de los cojinetes. Aún aumentos relativamente pequeños de los niveles de éste elemento deben recibir atención inmediata, porque una vez que empieza el desgaste rápido, el cigüeñal puede originar partículas de metal más grandes que quedarán atrapadas en los filtros de aceite. el hierro puede tener muchas consecuencias, una de ellas es la herrumbre que aparece después de haber almacenado durante un tiempo el motor. Frecuentemente, el aumento de la contaminación por el hierro cuando está acompañado por una pérdida de las propiedades lubricantes del aceite, indica un desgaste severo de las camisas de un cilindro. por lo general, el alto contenido de hollín no es una causa directa de fallas, pero como partícula insoluble, el hollín puede obstruir los filtros de aceite y disipar los aditivos dispersantes. El hollín indica un filtro de aire sucio, sobrecarga del motor, entrada excesiva de combustible o una aceleración repetida con un ajuste inadecuado del limitador de cremallera (limitador de humo). También puede indicar combustible de baja calidad. la oxidación es una reacción química entre el aceite y el oxígeno, tal como la herrumbre es una reacción química entre el hierro y el oxígeno. La oxidación se controla mediante aditivos inhibidores, pero siempre que el aceite esté en contacto con el aire, se produce oxidación; los agentes de oxidación en los gases de combustión de los motores diesel, la temperatura y ciertos contaminantes (como el cobre y el glicol), aceleran la oxidación. Al aumentar la oxidación del aceite, disminuyen las propiedades lubricantes del mismo, se espesa el aceite, se forman ácidos orgánicos y se obstruyen los filtros conduciendo, por último, al atascamiento de los anillos, la formación de incrustaciones y barnizado en los pistones.
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Productos de nitración la nitración se produce en todos los motores, pero únicamente representa un problema en los motores a gas natural. Los compuestos del
nitrógeno, resultantes del proceso de combustión, hacen que el aceite se espese, pierda sus propiedades lubricantes y lleve a la obstrucción del filtro, extensa formación de incrustaciones y barnizado.
Agua el agua combinada con el aceite crea una emulsión que obstruye el filtro. El agua y el aceite también pueden formar un ácido peligroso que corroe el metal. Casiensiempre la Se contaminación del agua es el de condensación el cárter. producen contaminaciones aúnresultado más serias cuando hay fugas en el sistema de enfriamiento que permiten que el agua entre desde el exterior al sistema lubricante del motor.
Combustible la contaminación con combustible disminuye las propiedades lubricantes del aceite. La película de aceite pierde la firmeza necesaria para impedir el contacto de metal contra metal y puede llevar al deterioro de los cojinetes y el agarrotamiento del pistón.
Azufre la presencia de azufre es peligrosa para todas las piezas del motor. El tipo de desgaste corrosivo atribuido a un alto contenido de azufre también puede acelerar el consumo de aceite. Además, cuanto más combustible se consume intervalo entre ácidos. cambiosPor de lo aceite, óxidosque de sulfuro se formandurante y éstosun pueden producir tanto,más un motor trabaja bajo cargas pesadas se debe inspeccionar con más frecuencia y su TBN también se debe verificar con más frecuencia. Los daños producidos por azufre en el combustible pueden hacer que los anillos se atasquen y que haya desgaste corrosivo en la superficie metálica de las guías de válvulas, de los anillos de pistón y de las camisas de cilindros. Las condiciones del motor también juegan un papel importante en el tipo y grado de contaminación del aceite. Un ambiente seco, por ejemplo, afecta las indicaciones de presencia de silicio. Otro ejemplo son los motores que no se usan durante largos períodos de tiempo. Las camisas de dichos motores se herrumbran en forma inusitadamente rápida y las muestras de aceite indicarán la presencia de altas proporciones de hierro.
A parte de la contaminación hay otras causas de deterioro. Estas causas son también motivos potenciales de degradación del aceite. Se verán cada una de ellas y sus efectos en el motor.
Baja temperatura de aguas en las camisas la temperatura de salida del agua de las camisas del motor influye en la formación de ácidos corrosivos en el motor. Primero, aún con un contenido de azufre en el combustible inferior a 0.5%, cuando la temperatura es inferior a 79ºC (175ºF), se forman fácilmente vapores ácidos y empieza la corrosión. Segundo, la temperatura baja aumenta el contenido de agua en el aceite que puede hacer reacción con ciertos aditivos, disipándolos y reduciendo la protección proporcionada por el aceite. Esto puede producir incrustaciones, formación de sedimentos, barnizado y carbonizado que, a su vez, aumentan el escape de gas, el pulido de los cilindros y el atascamiento de los anillos.
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Alta humedad en aplicaciones donde la humedad alcanza el 85% o más, es más fácil que se formen ácidos gaseosos debido al contenido adicional de agua en el
aire. Esto también puede aumentar los efectos corrosivos.
Consumo de aceite la proporción de consumo de aceite puede dar una información valiosa respecto al motor. Los cambios en el consumo, ya sean en forma gradual o imprevista, señalan el desgaste de los anillos de pistón o las camisas de cilindro o el atascamiento de los anillos de pistón. Es crítico que halla suficiente aceite (con un nivel NBT adecuado) para que llegue a la zona de los anillos de pistón y neutralice el ácido.
Incorrecta relación de carga/velocidad La carga del motor tiene un papel muy crítico en la degradación del aceite. Los sistemas de lubricación y enfriamiento de los motores que funcionan a la velocidad de régimen y alta carga funcionan a una máxima eficiencia. Si se reduce la carga con el motor funcionando todavía a la velocidad de régimen, los sistemas de lubricación y enfriamiento siguen funcionando eficientemente pero el motor está demasiado frío y se produce condensación. Esto puede afectar las camisas de cilindro y los anillos de pistón y aumentar los gases que pasan al cárter del motor.
Combustible inadecuado los combustibles con temperaturas finales de destilación más altas pueden deteriorar los motores destilados pesados se queman completamente enporque un ciclolos demateriales alta velocidad de unmás motor diesel. no El motor está sujeto a concentraciones altas de hollín y otros productos de combustibles sin quemar o parcialmente quemados, que aceleran la formación de depósitos. La contaminación del gas de escape que pasa por las paredes del cilindro al cárter recarga aún más el lubricante.
Mantenimiento inadecuado los intervalos de cambio de filtro y aceite prolongados, entre otras prácticas inadecuadas de mantenimiento, fomentan la creación de incrustaciones extensas que los subsiguientes cambios de aceite “normales” no pueden eliminar.
Un conocimiento básico del sistema de lubricación del motor no solamente le ayuda a comprender como la contaminación y la degradación del aceite pueden deteriorar los componentes de un motor sino que también le ayuda a comprender por qué la falta de aceite puede tener un efecto igualmente debilitante. La mayoría de las fallas relacionadas con el aceite son producidas por el aceite contaminado o degradado que fluye a través del motor o por falta de lubricación de un componente determinado. Si se sabe como el sistema lubrica el motor, se simplifica el análisis de las fallas. Por ejemplo, si descubrimos que un cojinete situado cerca del suministro de aceite lubricante está deteriorado por falta de lubricación, sabremos que los cojinetes más separados del suministro de aceite estarán aún más deteriorados.
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A la caja de la bomba de inyección de Turboalimentador
Eje del brazo de
Al eje del brazo de
A los levantadores de
Perforación para el árbol
Tubos de enfriamiento de los
Perforación para el eje del balanceador A la caja del engranaje de sincronización Válvulas de derivación de los
Múltiple de
Válvula de derivación del enfriador de aceite
Filtros de Bandeja colectora de aceite o cárter de
Enfriador de aceite
Fig. 1: S i s t e m a d e l u b r i c a c i ó n
Bomba de
de un motor 3408
Caterpillar.
El sistema de lubricación de cada motor puede variar ligeramente aunque muchos principios idénticos. Tal como se muestra en el esquema la fig. 1, la bomba de son aceite envía aceite a través del enfriador (en el de caso de camiones) y después a través de los filtros. Si hay una reducción en el flujo las válvulas de derivación del enfriador de aceite o los filtros de aceite protegen el sistema. Al arrancar el motor con el aceite frío o si el enfriador o el filtro se obstruyen, las válvulas de derivación aseguran el flujo constante del aceite de motor a través de los pasadizos. El aceite fluye de los filtros al múltiple en el bloque y después a varios pasadizos de aceite en el bloque para lubricar y refrigerar distintos componentes del motor. Después vuelve al cárter del motor.
Las fallas de los cojinetes relacionadas con el aceite lubricante se atribuyen generalmente a dos causas: la falta de lubricación o la tierra en el aceite.
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El cojinete muestra un rozamiento que es la etapa inicial del deterioro producido por la falta de lubricación.
La última etapa de un cojinete deteriorado por falta de lubricación es su agarrotamiento. a garrotamiento. Gentileza de Caterpillar Inc.
Gentileza de Caterpillar Inc.
La falta de lubricación o el agotamiento del aceite lubricante significa que la película de aceite entre el muñón del cigüeñal y el cojinete es insuficiente. El funcionamiento prolongado del motor con una insuficiente película de aceite causará que el deterioro del cojinete aumente rápidamente yendo desde un rozamiento a un desgaste excesivo para llegar finalmente al agarrotamiento del
Rayaduras profundas y desgaste producidos por falta de aceite. Se ha perdido parte de la capa de plomoestaño. Gentileza de Caterpillar Inc.
cojinete. La primera etapa es el “rozamiento”; en esta etapa, se puede ver el desplazamiento de la capa de plomoestaño, normalmente en el centro del cojinete. En la segunda etapa, “desgaste excesivo”, se desplaza el aluminio de la parte central del cojinete. Y la etapa final es el “agarrotamiento” total. Juego de cojinetes de bancada deteriorados por aceite sucio. Estos cojinetes muestran las tres etapas del deterioro.
En las tres etapas, el giro del muñón desplaza parte del material del cojinete desde la corona hasta la Gentileza de Caterpillar Inc. superficie de contacto de cada mitad de cojinete. La cantidad de material desplazado depende de la severidad de la falta de lubricación.
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Superficie del cojinete rayada. Se pueden observar las partículas de residuos incrustadas en la superficie del cojinete.
Rayaduras y desgaste de la superficie del muñón . Gentileza de Caterpillar Inc.
Gentileza de Caterpillar Inc.
La contaminación en el aceite produce abrasión y su resultado es la rayadura de la superficie del cojinete al desaparecer la película de aceite. Las partículas de hierro, acero, aluminio, plástico, madera, tela, etc., también pueden deteriorar las superficies del muñón. Al irse desgastando las superficies del cojinete y del muñón, aumentan los espacios libres y cambia el espesor de la película de aceite dando como resultado el apoyo desigual de las superficies. Una de las causas principales de aceite contaminado es un filtro obstruido. Los filtros obstruidos permiten que el aceite sin filtrar conteniendo partículas de desgaste, tierra y residuos, alcance a los cojinetes, rayándolos y deteriorando sus superficies. Un aceite excesivamente sucio puede producir deterioros aun después de cambiar el aceite. Por parte de los abrasivos anteriores pueden haber quedado incrustaciones en el cojinete y hacer que el cojinete actúe como esmeril en el cigüeñal. En la siguiente sección se puede apreciar ejemplos de deterioro en el cigüeñal.
Resultado del “agotamiento” del aceite. Gentileza de Caterpillar Inc.
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El aceite que fluye a los cojinetes forma una película entre el muñón del cigüeñal y el cojinete. Durante una operación normal la rotación del muñón del cigüeñal impulsa el aceite que está debajo del muñón entre el muñón y las dos
cigüeñal impulsa el aceite que está debajo del muñón entre el muñón y las dos mitades del cojinete, impidiendo el contacto de metal contra metal.
Rotación del cigüeñal
Moléculas de aceite impulsadas por la rotación del muñón del cigüeñal
Cojinete
Película de aceite
Moléculas de aceite forzadas entre el cigüeñal y el cojinete
Película de aceite entre el muñón del cigüeñal y los cojinetes. Gentileza de Caterpillar Inc.
Rayaduras profundas resultantes del efecto de los abrasivos incrustados en la superficie del cojinete. Gentileza de Caterpillar Inc.
La carencia de lubricación o “agotamiento” del aceite permite el contacto de metal contra metal, produce calor debido a la alta fricción y puede ocasionar que los cojinetes de aluminio se agarroten en el eje. En casos extremos, la superficie del cojinete ha llegado a quedar adherida de tal forma que la superficie del cigüeñal quedó destruida por completo. El aceite contaminado puede producir un desgaste excesivo del cigüeñal causado casi siempre por la contaminación de abrasivos incrustados en el cojinete.
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Las fallas del pistón relacionadas con el aceite se producen comúnmente por la acción abrasiva del aceite contaminado que desgasta la falda del pistón. Algunas indicaciones son: el color gris opaco de la falda del pistón, las superficies de cromo gastadas en todos los anillos, los rieles del anillo aceitero desgastados, ranuras muy desgastadas y cierto desgaste de la camisa.
Falda de pistón dañada por el desgaste abrasivo. Gentileza de Caterpillar Inc.
Marcas de agarrotamiento desde la parte superior a ladeinferior; pueden una falla del sistema lubricación o deindicar enfriamiento. Gentileza Genti leza de Cater illar illar Inc.
El desgaste abrasivo del pistón, que aparecen en en bandas en las faldas del mismo, espacialmente en la zona de perforación del pasador, y con muy poco o ningún desgaste abrasivo en el primer resalto, puede ser producido por la lubricación inadecuada de las camisas de cilindro. La descomposición de la película de aceite puede producir marcas de agarrotamiento.
Desgaste producido por falta de lubricación durante un corto periodo de tiempo. Gentileza de Caterpillar Inc.
La densa acumulación de incrustaciones en el primero y el segundo resalto indica que el aceite no pudo mantener limpio el pistón. La severa degradación y deterioración del aceite puede ser debida a un consumo insuficiente de aceite, a un intervalo de cambio de aceite demasiado prolongado o a la baja calidad del aceite. Gentileza de Caterpillar Inc.
Los anillos de pistón pueden mostrar desgaste en la ranura del resorte. Es normal cierto desgaste en la ranura del resorte, pero si se descuidan los
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cambios de aceite se producirá el “trabado” del anillo cuando el resorte quede atrapado en la ranura gastada y no se pueda extender por completo.
Zonas brillantes y lisas de las superficie interna de la camisa producidas por depósitos en los resaltos de los pistones. Gentileza de Caterpillar Inc.
El daño de las camisas de cilindro puede ser producido por la falta de lubricación o por abrasivos que al pulir la perforación, eliminan el dibujo reticular y dejan la superficie brillante y lisa.
Los deterioros del turboalimentador relacionados con el aceite lubricante se producen por la contaminación del aceite o la falta del mismo. Si el aceite tiene abrasivos, el desgaste aparece generalmente en varias partes. La contaminación del aceite puede producir erosión en las perforaciones de aceite de las arandelas de tope. Las chumaceras mostraran casi siempre el deterioro producido por las materias abrasivas. El desgaste por falta de lubricación probablemente va acompañado por decoloración debida al calor. El metal parece Rayaduras profundas y deterioro de las perforaciones como frotado o raspado. El calor puede producir picaduras, asperezas y en casos severos, la rotura del material.
de aceitededel cojinete. Gentileza Caterpillar Inc.
El arranque y la parada inadecuados pueden agravar las fallas de los cojinetes del turboalimentador. Para evitarlas se debe permitir que el motor se enfríe impidiendo que el aceite entre en ebullición y formen costras en el cojinete del turboalimentador después de una parada “caliente”. Tampoco se debe acelerar el motor
Deterioro debido a grandes grand es partículas abrasivas en el aceite. Las ranuras grandes y anchas alrededor de las chumaceras indican que han pasado partículas
en tiempo frío después del arranque hasta que el aceite se haya
grandes, como virutas de acero, al turboalimentador con el aceite lubricante. Gentileza de Caterpillar Inc.
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calentado y pasado por los filtros. Si se acelera demasiado pronto, el aceite sin filtrar pasará a los cojinetes.
La contaminación rayará y desgastará los cojinetes del turboalimentador siguiendo la misma progresión de deterioro que la producida por la falta de lubricante, permitiendo el movimiento del eje y deterioros secundarios, tales como el contacto de la rueda con la caja o un eje doblado o roto. La contaminación también puede obstruir los pasadizos internos de aceite y ocasionar fallas por falta de lubricante. El deterioro defalta los decojinetes delpermite turboalimentador debido la contaminación o a la lubricación permite el movimiento del ejea que hace que la rueda del compresor toque su caja. El deterioro típico por contacto producido por el movimiento del eje estará indicado por el rozamiento de la superficie con algunos de los álabes en el extremo inductor. En la parte posterior de la rueda, a 180º de donde aparece la superficie rozada, habrá señales de contacto con la caja central.
La falta de lubricante hizo que este cojinete de turboalimentador se deformara. Gentileza de Caterpillar Inc.
Pasadizos de aceite deteriorados en la superficie interior del cojinete, como resultado de la falta de lubricante.
El rozamiento en la superficie delantera y la trasera de la rueda del compresor ha sido causado por el movimiento del eje debido a desequilibrio o a un eje que quedó doblado durante su montaje. Gentileza de Caterpillar Inc.
Gentileza de Caterpillar Inc.
Se puede ver el problema de falta de lubricación cuando hay una decoloración producida por el calor junto con el deterioro del muñón del cojinete del eje extremo de la turbina. Tanto la falta del lubricante como el aceite contaminado causan el desgaste de los cojinetes de tope haciendo difícil identificar la causa de la falla.
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Sin embargo, ayuda el observar el estado de la chumacera. La decoloración por el calor de los anillos de tope también señala falta de lubricación. En los
turboalimentadores AiResearch, es más común ver la deformación del lado interno de los anillos de tope. En algunos modelos, la decoloración suele estar confinada a una sola parte de la superficie del anillo. Frecuentemente, también hay marcas de rozamiento. El deterioro aparece en ambos anillos.
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Los aceites para motores sirven para la lubricación de3 las piezas de las máquinas motrices de combustión que están en movimiento relativo entre sí. Los aceites para motores más usuales son los aceites minerales con aditivos (aceites HD: Heavy Duty para condiciones duras de funcionamiento). A causa de las mayores exigencias a los aceites y a los tiempos más largos de cambio de aceite, se utilizan cada vez más aceites sintéticos o parcialmente sintéticos (por ej. aceites del hidrocracking). La calidad de los aceites depende de su procedencia, de la refinación del aceite base (no corresponde a aceites sintéticos) y de sus aditivos. Según su misión, se distinguen los siguientes tipos de aditivos:
Para mejorar la viscosidad, Para mejorar el punto de solidificación, Inhibidores de la oxidación y de la corrosión, Aditivos detergentes y dispersantes, Aditivos para altas presiones (aditivos EP), Friction modifier, Desespumantes.
En el motor de combustión el aceite es fuertemente solicitado térmica y mecánicamente. Los datos de las características del aceite indican los límites de su uso, pero no especifican su capacidad de rendimiento. Por ello hay numerosos métodos de comprobación de los aceites para motores: ACEA (Association des Constructeurs Européens de l′ l′Automobile) o norma CCMC (Commité des constructeurs d′ d′Automobiles de Marché Commun, hasta 1990 pero hoy todavía válidas).
Clasificaciones API (American Petroleum Institute).
Especificaciones MIL (Military). Con excepción de la MIL-L-2104F para vehículos industriales, las especificaciones MIL para el sector civil en Europa carecen hoy de importancia.
Especificaciones de empresas. Los criterios para una homologación son entre otros:
Cenizas de sulfatos, contenido de zinc. Tipo de motor (Otto o Diesel, de aspiración o sobrealimentación). Cargas sobre los componentes del motor, las transmisiones y de cojinetes. Efecto protector contra desgaste. Temperatura de trabajo del aceite (temperatura de lodos). Residuos de la combustión, solicitación química del aceite por residuos ácidos. Capacidad de limpieza y soporte de suciedades del aceite para motores. Compatibilidad con las juntas (que no las ataquen).
Especificaciones ACEA (CCMC)
G: Aceites para motores Otto (Gasoline) D: Aceites para motores Diesel
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PD: Aceite para motores diesel de turismos (Passenger Diesel).
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G4: Excede las las exigencias según API SF y cumple la mayoría de las exigencias según SG. Exigencias especiales de la protección contra envejecimiento,, pérdidas por evaporación, formación de residuos a altas envejecimiento temperaturas, desgaste y protección contra formación de lodos.
G5: Aceite para motores multigrado ligero, de viscosidad 5W-X o 10W-X, de mejor comportamiento que el G4 en cuanto a resistencia al envejecimiento,
estabilidad a la cizalladura y también a la formación de lodos. PD2: Aceite para motores multigrados para motores de pequeño volumen de aspiración o turbodiesel. En el nivel de prestaciones esta por encima del CD. Condiciones de comprobación parecidas al D4 (comprobación adicional en el motor turbodiesel de VW).
D4: Los requerimientos API CD y CE son superados. El aceite D4 sirve para los motores Diesel de aspiración con condiciones de trabajo duras y los turbodiesel con condiciones normales.
D5: Especifica aceites SHDP (Super High Performance Diesel). Valido para
motores diesel europeos de elevada carga y altas revoluciones. No existe una clasificación API comparable. Altos valores límites para la formación de superficies de espejo, limpieza de pistón, desgaste de cilindros y levas.
Clases S (spark plug) encendido por bujías para motores Otto Clases C (compression) encendido por compresión para motores diesel.
SA. Antiguamente para servicio en motores a gasolina y diesel. Servicio típico de motores antiguos operados bajo condiciones ligeras, tales que la protección proporcionada por los aceites aditivados no es requerida. Esta
clasificación no tiene requerimientos de operación y los aceites en esta categoría no deberán ser usados en cualquier motor, a menos que sean recomendados específicamente por el fabricante del motor. SB. Servicio típico de motores a gasolina bajo condiciones ligeras tales que solamente se desea protección mínima ofrecida por los aceites aditivados. Los aceites designados por este han sido usados desde los años 30 y proveen únicamente capacidad antidesgaste y resistencia a la oxidación del aceite y corrosión de cojinetes. Estos no deberán ser utilizados a menos que sean recomendados por el fabricante del motor.
SC. Servicio típico de motores a gasolina en automóviles y algunos camiones de los modelos 1964 a 1967, operando bajo las garantías de los fabricantes de motor durante los años de estos modelos. Los aceites designados para este servicio proveen control de depósitos a bajas y altas
temperaturas, desgaste, herrumbre y corrosión en motores a gasolina.
244
SD. Servicio típico de motores a gasolina y algunos de los modelos 1968 a 1970, operando bajo las garantías de los fabricantes de motor durante los años
de esos modelos. También puede aplicarse para algunos modelos 1971 y/o modelos más resientes, como es especificado o recomendado en los manuales del propietario. Los aceites designados para este servicio proveen más protección contra depósitos s alta y baja temperatura, desgaste herrumbre y corrosión en motores a gasolina, que los aceites que son satisfactorios para la clasificación API de servicio en motor SC y pueden ser utilizados cuando la clasificación anterior es recomendada.
SE. a Servicio motores1971, a gasolina enbajo automóviles y algunos camiones partir detípico 1972de y algunos operando las garantías de los fabricantes de motor. Los aceites designados para este servicio proveen más protección contra la oxidación de aceite, depósitos a alta temperatura, herrumbre y corrosión en motores a gasolina, que los aceites que son satisfactorios para las clasificaciones API de servicio en motor SD o SC y pueden ser usados cuando una u otra de estas clasificaciones es recomendada. SF. Servicio típico de motores a gasolina en automóviles y algunos camiones a partir de 1980, operando bajo garantías de los fabricantes del motor. Los aceites designados para este servicio proveen más protección contra la oxidación, depósitos a baja y alta temperatura, desgaste, herrumbre y corrosión en motores a gasolina, que los aceites que son satisfactorios para la clasificación API de servicio en motor SE y pueden ser usados cuando la clasificación anterior es recomendada.
SG. Servicio típico de motores a gasolina en vehículos de pasajeros, camionetas y motores ligueros empezando con los modelos 1989. Adicionalmente, los aceites que cumplan las especificaciones de esta categoría pueden ser usados en vehículos, en lugar de las categorías API anteriores.
SH. Servicio típico de motores a gasolina para automóviles modernos altamente revolucionados, camionetas y algunos camiones a partir de 1993, operando bajo garantías de los fabricantes del motor. Estos aceites pueden ser usados en vehículos que cumplan con las especificaciones para la clasificación API SG, SE, SF/CC ó SE/CC. La nueva categoría esta diseñada para mejorar el control de depósitos en el motor, oxidación del lubricante y desgaste del motor.
SJ. el servicio SJ de API fué adoptado para ser usado para describir los aceites de motor disponibles a partir del año 1996. Estos aceites se usan en el
tipo de servicio de lospara motores gasolinacamionetas de los autosy de pasajeros actuales y anteriores, vehículos uso de deportivo, camiones para trabajos livianos, bajo los procedimientos de mantención recomendados por los fabricantes. Los aceites de motor que cumplen los servicios API de categoría de designación SJ se pueden usar cuando los servicios API de categoría SH y de categorías anteriores han sido recomendados.
CA. Servicio típico para motores diesel operados en trabajo ligero o moderado, con combustibles de alta calidad y ocasionalmente se han incluido motores de gasolina en servicio ligero. Los aceites designados para este servicio proveen protección contra la corrosión de cojinetes y formación de depósitos en las ranuras de los anillos en algunos motores diesel de aspiración
natural cuando extraordinarios usan combustibles tal calidadcontra queel no imponen requerimientos para lade protección desgaste y
245
depósitos. Estos se usaron mucho a fines de los años 40 y 50, pero no deberán ser usados en cualquier motor a menos que sean recomendados
específicamente por el fabricante. CB. Servicio típico de los motores diesel operados en trabajo ligero a moderado, pero con combustible de más baja calidad que los utilizados en la clasificación anterior, los cuales necesitan más protección contra el desgaste y la formación de depósitos. Ocasionalmente, se han incluido motores a gasolina en servicio ligero. Los aceites designados para este servicio proveen la protección necesaria contra la corrosión de los cojinetes y depósitos a alta
temperatura en motores diesel deaceites aspiración natural usando combustibles con un alto contenido de azufre. Los designados para este servicio fueron introducidos en 1949. CC. Servicio típico para algunos motores diesel de aspiración natural, turbocargados o supercargados operado en servicio de trabajo moderado a severo y ciertos motores a gasolina de trabajo pesado. Los aceites designados para este servicio proveen protección contra depósitos de alta temperatura y corrosión de cojinetes en motores diesel, y también protegen contra la herrumbre, corrosión y depósitos a baja temperatura en motores a gasolina. Estos aceites fueron introducidos en 1961.
CD. Servicio típico en algunos motores diesel de aspiración natural, turbocargado o supercargado en trabajo severo cuando usan combustibles de un amplio rango de calidad, incluyendo a los combustibles con alto contenido de
azufre, donde el control efectivopara contra desgaste y depósitos son en altamente vitales. Los aceites designados esteelservicio fueron introducidos 1955 y proveen protección contra la corrosión y depósitos a alta temperatura en motores diesel. CD-II. Servicio típico de motores diesel de 2 tiempos que operan en condiciones severas. Los aceites designados para este servicio también cumplen los requisitos de la categoría CD.
CE. Servicio típico de motores diesel de trabajo pesado turbocargados y supercargados fabricados desde 1983 y operando bajo condiciones de baja velocidad y alta carga y de alta velocidad y alta carga. Los aceites designados para este servicio también pueden ser usados en donde se recomienden otras categorías anteriores para motores a diesel.
CF. Fueron Aceite para servicio típico motores con inyección directaun e indirecta. diseñados para seren usados en diesel motores diesel que utilizan amplio rango de tipos de combustibles, incluidos aquellos con un alto contenido de azufre (sobre 0.5%). La mantención de un control efectivo de los depósitos y desgaste del pistón y del cobre producido por la corrosión de rodamientos, es esencial en estos motores, los cuales pueden ser de aspiración natural, turbocargados o supercargados. Los aceites para este servicio fueron introducidos en 1994 y pueden ser usados también cuando se recomienda la categoría CD.
CF-2. Aceite de servicio típico para motores diesel de dos tiempos que requieren un control efectivo sobre depósitos en anillos y rayaduras en los cilindros. Los aceites diseñados para este servicio están disponibles desde 1994 u pueden ser utilizados también cuando se recomienda la categoría CD-II. Estos aceites no cubren necesariamente los requisitos de la categoría API CF o
CF-4, a menos que se indique explícitamente el cumplimiento de ellas.
246
CF-4. Servicio típico de motores diesel de trabajo pesado, de 4 tiempos y CF-4. alta velocidad, turbocargados y sobrecargados fabricados desde 1990,
particularmente en tractocamiones, camiones y autobuses en servicio de carretera. Estos aceites exceden los requerimientos de la categoría CE, CD y CC y están diseñados para reemplazarlos. Esta nueva categoría provee mejor control de consumo de aceite y depósitos en los pistones. CG-4 esta categoría describe los aceites para uso de motores diesel de 4 tiempos de alta velocidad usados en aplicaciones tanto en vehículos de carretera de servicio pesado (0.05% en peso de azufre en el combustible). Los
aceites CG-4 proveen un controlespumación, efectivo de estabilidad depósitos del a altasy temperaturas, desgastedecorrosión, a lapistón oxidación acumulación de hollín. Estos aceites son especialmente efectivos para motores diseñados para cumplir con los estándares de emisión de gases de 1994 y pueden ser usados también en motores que requieren categorías API CD, CE, CF-4.
API GL-1. Especifica el tipo de servicio característico de ejes, engranajes automotrices, sinfín, cónico espiral y algunas transmisiones manuales operadas bajo condiciones livianas, con presiones unitarias bajas y velocidades de deslizamiento bajas tales, que un aceite mineral es satisfactorio. Para mejorar los lubricantes en este servicio, se pueden usar inhibidores contra la corrosión y la herrumbre, antiespumantes y aditivos mejoradores del punto mínimo de
fluidez. No se utilizan modificadores de la fricción ni agentes de extrema presión. API GL-2. Especifica el tipo de servicio característico de ejes de engranajes automotrices de tipo sinfín, que operan bajo condiciones de carga, temperatura y velocidad de deslizamiento tales, que los lubricantes de la clasificación API GL-1 no satisfacen.
API GL-3. Especifica el tipo de servicio característico de transmisiones manuales y ejes de engranajes cónico espirales, que operan bajo condiciones moderadamente severas de velocidad y carga. Estas condiciones requieren un lubricante con capacidad de carga mayor que aquellos que satisfacen el servicio API GL-1, pero menores que los requerimientos de los lubricantes que satisfacen el servicio API GL-4.
API GL-4.hipoidales Especificaenelautomóviles tipo de servicio de automotrices engranajes, particularmente y otros característico tipos de equipos que operan bajo condiciones de alta velocidad y bajo par de arranque; Baja velocidad y alto par de arranque. API GL-5. Especifica el tipo de servicio característico de engranajes, particularmente hipoidales en automóviles y otros equipos automotores, que operan bajo condiciones de alta velocidad y carga de impacto; alta velocidad y par de arranque bajo; y baja velocidad y alto par de arranque.
GL1 a GL3: hoy en día ya no tienen importancia practica.
GL4: aceites para engranajes hipoidales con poca carga, así como
también para engranajes que trabajan a altas velocidades de régimen y
247
esfuerzos por choque o altos números de revoluciones con par de giro bajo o a bajo número de revoluciones con alto par de giro.
GL5: aceite para engranajes hipoidales de altas solicitaciones en turismos y otros vehículos con esfuerzos por choques a altas revoluciones así como también altas revoluciones a bajo par de giro o bajas revoluciones a alto par de giro.
L-46152 validaAPI hasta utiliza aceitesE:según SG. 1991 para motores de gasolina. Hoy la US-Army
L-2104 F: requerimientos actuales para aceites de vehículos industriales.
(DIN 51511, SAE J300, DIN 51512, SAE J306) Clasificación SAE internacionalmente valida (Society of Automotive Engineers) para designar la viscosidad. No informa sobre la calidad del aceite. Se distingue entre aceite monogrado y multigrado. En general hoy en día se han impuesto los aceites multigrados. La caracterización se efectúa mediante dos series (ver tabla 1) donde la letra (Winter) describe determinado comportamiento de fluenciamáxima en frío. de El grado“W” de viscosidad con la letra “W” se clasifica según la viscosidad temperatura inferior, la temperatura máxima de bombeo y la viscosidad mínima a 100 ºC. El grado de viscosidad sin la letra “W” se clasifica solamente según la viscosidad a 100 ºC.
0W 5W 10 W 15 W 20 W 25 W 20 30 40 50 60
3250 / -30 3500 / -25 3500 / -20 3500 / -15 4500 / -10 6000 / -5 ------
-35 -30 -25 -20 -15 -10 ------
3.8 3.8 4.1 5.6 5.6 9.3 5.6 9.3 12.5 16.3 21.9
------9.3 12.5 16.3 21.9 26.1
2
Nota: 1 centiPoises (cP) =1 mPa·s m Pa·s ; 1 centiStokes (cSt) = mm /seg.
248
70 W 75 W 80 W 85 W 90 W 140 W 250 W
-55 -40 -26 -12 ----
4.1 4.1 7.0 11.0 13.5 24.0 41.0
----24.0 41.0 --
Esta norma establece los requisitos que debe cumplir la gasolina empleada como carburante en los motores de combustión interna, con excepción de los motores de uso aeronáutico.
Esta norma se aplica a gasolina con plomo y sin plomo.
Esta norma se aplica a la producción, importación, comercialización y
expendio de gasolina para motores de combustión interna.
249
NCh 60 NCh 66 destilación. NCh 70 NCh 71 lámpara. NCh 1843
Productos de petróleo – Muestreo. Productos de petróleo – Determinación de las características de Productos de petróleo – Ensayo de corrosión en lámina de cobre. Productos de petróleo – Determinación de azufre, método de la Gasolina – Determinación del contenido de plomo, método
volumétrico del cromato. NCh 1844 Combustibles – Determinaci Determinación ón de goma existente, m método étodo de evaporación a chorro. NCh 1845 Productos de petróleo – Det Determinación erminación de la presió presión n de vapor, método Reid. NCh 1846 Gasolina – Determinación de la razón vapor-líquido. NCh 1853 Gasolina – E Ensayo nsayo de estabilidad a la oxidación, método del periodo de induccion. NCh 1854 Combustibles – Determinació Determinación n del número de octano, mé método todo Research. NCh 1896 Productos de petróleo – Determinación de azufre, método por espectrografía de rayos X. NCh 1897 Gasolina – Determinación de plomo, método por espectrometria de absorción atómica. NCh 1904 Productos de petróleo – Relación entre los resultados y la precisión para determinar conformidad con las especificaciones. NCh 2146 Combustibles – Determ Determinación inación del número de o octanos, ctanos, método Motor.
La siguiente clasificación corresponde a la indicada en el Decreto Nº 278 (29/09/1982) del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción. Esta clasificación es en relación a la peligrosidad de los combustibles líquidos según su punto de inflamación. Clase I Combustible con punto de inflamación menor que 37,8 ºC (ej. Gasolinas y solventes. Clase II
Combustibles con punto de inflamación igual o superior a 37,8 ºC y menor que 60 ºC (ej. Keroseno, P. Diesel 2D A1 y A2, P. Combustible 5).
Clase III
Combustibles con punto de inflamación entre 60 ºC y 93,4 ºC (ej. Petróleo Combustible 6).
Clase IV
Combustibles con punto de inflamación superior a 93,4 ºC.
La clasificación anterior supone que la temperatura ambiente y la del combustible no supera los 37,8 ºC. En los casos en los cuales el combustible es calentado a temperaturas iguales o superiores a su punto de inflamación, deben considerarse precauciones especiales mayores que las que corresponderán a la clasificación de los combustibles anteriormente indicados.
250
El keroseno doméstico se rige por la norma Chilena NCh 63, declarada oficial de la República de Chile por decreto Nº9, del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción, de fecha 9 de Enero de 1986. Esta norma establece los requisitos que debe cumplir el keroseno empleado como combustible en usos domésticos e industriales.
Esta norma se aplica en la producción, importación, comercialización y
expendio de keroseno.
251
252
Emisión de escape es la expresión que describe los gases de la combustión y las partículas que deja escapar el tubo de escape de un automóvil. Algunos de estos gases son aceptables a nuestro medio ambiente. Otros gases y partículas causan daño, tanto a las personas como al medio ambiente. Cuando las personas que trabajan en el medio automotriz hablan de emisiones, se refieren a los gases y partículas de la combustión indeseables. Las razones más importantes por los que algunos de los productos de la combustión se consideran indeseables, son porque causan daño a las personas, causan SMOG o lluvia ácida. Esta sección le ayudara a entender esos productos de la combustión y como se forman.
La gasolina es un hidrocarburo. Cuando la mezcla aire-combustible que esta en el interior del motor se comprime, enciende y ocurre la combustión, una parte de la gasolina no reacciona en el proceso de combustión. Esas moléculas de hidrocarburos salen por el tubo de escape con el resto de los productos de la combustión. Los hidrocarburos que no se queman causan problemas de respiración a la gente si se respiran concentrados o en cantidades más pequeñas, en forma continua y por largos periodos. Los hidrocarburos que no se queman también se combinan, en ciertas condiciones, con las moléculas que hay en el aire, y se produce el smog fotoquímico. Las emisiones de hidrocarburos provenientes de un motor que no se queman, pueden disminuir si no se permite que no entren mezclas ricas a la maquina, por largo tiempo. El rápido calentamiento del motor ayuda también a que la gasolina se evapore y se queme completamente. El convertidor catalítico del automóvil puede oxidar las moléculas del hidrocarburo produciendo agua y dióxido de carbono.
El monóxido de carbono es otro subproducto no deseado de la combustión de hidrocarburos. Es un gas mortal que la gente absorbe por el torrente sanguíneo y que evita que la sangre, a su vez, absorba el oxígeno. Si se aspira suficiente monóxido de carbono, la sangre lo absorbe y el individuo muere. Permanecer unos cuantos minutos en un edificio carente de ventilación con el motor de un automóvil funcionando, puede causar la muerte. El primer síntoma es el aturdimiento. Las contracciones bajas de monóxido de carbono en el torrente sanguíneo pueden causar dolor de cabeza. El monóxido de carbono se forma durante la combustión de hidrocarburos cuando no hay suficiente oxígeno para formar el dióxido de carbono. Un modo de evitar o disminuir la emisión de monóxido de carbono de un automóvil es proporcionar más aire para la combustión. Si hay mucho oxígeno durante la combustión, las moléculas de carbono se combinan con dos moléculas de oxígeno y no producen el monóxido de carbono. El convertidor catalítico también puede coaccionar que un poco de CO producido se oxide más y forme el CO2. Es muy importante que se tenga la relación correcta de aire-combustible para disminuir las cantidades de emisiones no deseadas.
253
El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insipido,
sumamente venenoso, su peso especifico es: 0.967 y se mezcla fácilmente con el aire, aun cuando es levemente más liviano que éste, no se separa fácilmente. Como este gas se mezcla fácilmente con el aire atmosférico, no hay posibilidades de evitar sus efectos. Ejerce su acción extremadamente tóxica sobre el organismo al desplazar el oxígeno en una proporción de 300 a 1. Por esta razón, cuando absorbe monóxido de carbono, reduce su capacidad para llevar oxígeno a los tejidos del cuerpo.
40
0,004
100
0,01
200
0,02
Concentración máxima permisible para exposiciones prolongadas, sin causar efectos en el organismo (8 horas de exposición). Produce dolores de cabeza y nauseas después de dos horas de exposición. Dolor de cabeza y nauseas después de dos horas de exposición.
400
0,04
1000
0,1
2000
0,2
Peligroso después de ½ hora de exposición. Produce palpitaciones del corazón en ½ hora, con tendencia a perder el equilibrio. Produce inconsciencia a los pocos minutos de exposición
254
Gentileza Mina Navío, Cemento Melón
Fórmula NO2, peso especifico: 1.59, límite permisible: 2.4 p.p.m. 4.8 mg/m . Gas de color pardo rojizo a temperaturas sobre 23ºc, picante y algo dulce. 3
Bajo ciertas condiciones de combustión, parte del nitrógeno que hay en el aire se combina químicamente con una parte de oxígeno que hay en el aire. Esto da por resultado la producción de varios óxidos de nitrógeno. Los óxidos de nitrógeno se combinan con el agua y forman ácido en el aire. Cuando llueva, a través de este aire, la lluvia tiene un contenido ácido en vez de ser neutro que la hace llamar lluvia ácida. Cuando la temperatura de la combustión de un motor del automóvil es muy elevada, pueden formarse compuestos de óxido de nitrógeno.
Exposiciones de corta duración a concentraciones sobre 5 p.p.m. producen tos e irritación al tracto respiratorio.
Exposiciones continuadas a concentraciones mayores 5 p.p.m. pueden producir un lento y progresivo edema pulmonar y hemorragia que a menudo es fatal.
255
Altas concentraciones irritan las membranas mucosas y las superficies húmedas de la piel.
Estos gases son poderosos irritantes pulmonares, exposiciones a altas concentraciones como 100 a 500 p.p.m. pueden causar la muerte instantánea por bronco espasmo y paro cardiaco.
2,4 60 100 150 200-700
Límite permisible permisible.. Cantidad que causa irritación a la garganta. Cantidad mínima que produce tos. Peligroso, incluso para exposiciones cortas. Fatal, aun en exposiciones cortas.
Otros productos de la combustión de hidrocarburos se estudian menos. El mundo científico no esta seguro de todos los beneficios o problemas que pueden ocurrir con los otros productos de la combustión. Sin embargo, conocen muchos de los productos que resultan de la combustión del automóvil. Incluyen:
Amoniaco. Sulfuro de hidrógeno. Aminas orgánicas. Aldehídos. Acetonas.
256
0.542 0.707 0.740
1.84 1.42 1.35
4.53 5.90 6.18
11.60 8.90 8.50
0.812 0.843 0.899 0.944 0.799 0.998 1.038
1.23 1.19 1.11 1.06 1.25 1.00 0.96
6.77 7.04 7.50 7.88 6.67 8.33 8.66
7.75 7.46 7.00 6.66 7.87 6.30 6.06
Gas licuado (GLP) Gasolina de aviación Gasolina para motores Keroseno Fuel oil destilado Aceite lubricante Fuel oil residual Cera de parafina Grasa Asfalto
ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO ISO
VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG VG
2 3 5 7 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500
2.2 3.2 4.6 6.8 10 15 22 32 46 68 100 150 220 320 460 680 1000 1500
1.98 2.88 4.14 6.12 9.00 13.5 19.8 28.8 41.4 61.2 90.0 135 198 288 414 612 900 1350
2.42 3.52 5.06 7.48 11.0 16.5 24.2 35.2 50.6 74.8 110 165 242 352 506 748 1100 1650
Grados Celsius Fahrenheit Fahrenheit Celsius
a
a
ºF = [ºC * 9/5] + 32
grados
ºC = [ºF - 32] * 5/9
Grados Celsius a Kelvin
ºK = [ºC + 273]
257
1.99 2.99 4.49 5.98 7.46
32.6 36.0 40.7 45.5 50.3
45.85 47.85 51.84 53.83 57.82
213.0 222.2 240.6 249.8 268.2
8.97 10.48 11.96 13.46 14.45 15.46 16.45 17.43 18.43 20.93 23.90 24.90 25.92 26.92 27.90
55.4 60.6 65.9 71.5 75.3 79.2 83.1 87.1 91.2 101.7 114.6 118.9 123.3 127.7 132.1
61.80 65.80 71.76 75.76 81.73 85.72 89.72 93.71 97.70 99.71 109.6 119.6 129.6 139.6 179.6
286.6 305.0 332.6 351.1 378.8 397.3 415.8 434.3 452.8 462.0 508.2 554.4 600.6 646.8 832.0
28.90 30.90 32.90 34.88 36.88 38.88 40.88 42.86 43.86 44.86
136.5 145.3 154.2 163.2 172.2 181.2 190.2 199.2 203.8 208.4
199.4 249.2 398.7 498.4 698.0 897.0 1097.0 1396.0 1794.0 1994.0
924.0 1155.0 1848.0 2310.0 3234.0 4158.0 5082.0 6486.0 8316.0 9240.0
1
2,2046
35,274
1x10
-3
1,1023x10-3 -3
0,4536 28,35x10-3 1.000 907,19
1 62,5x10-3 2.205 2.000 6 1 kg = 1.000 g = 1x10 mg
16 1 35.274 32.000
0,4536x10 28,3x10-6 1 0,9072
-3
0,5x10 31,25x10-6 1,1023 1
258
1
0,1
1x10-6
---
1
0,01
1x10-5
---
25,4
2,54
0,0254
25x10-6
---
304,8
30,48
12,0
0,0032 8 0,0328 1 0,0833 3 1
0,001
10,0
0,0393 7 0,3937 0 1
0,3048
1.000,0
100,0
0,00030 0,000189 5 0,001 0,000621
1x106
1x105
---
---
39,370 3,2808 1 1 4 39.370, 3.280,8 1.000,0 1 0,621371 1 4 63.360, 5.280,0 1.609,3 1,60934 1 0 4 4
1 92,9x10-3 645x10-6 100x10-6
10,764 1 6,94x10-3 1,07x10-3
1.550 144 1 155x10-3
10.000 929 6,4516 1
3
1 16,387x10-6 28,317x10-3 3,7854x10-3
61,024x10 1 1,728x103 231 3
35,315 0,5787x10-3 1 0,13368
264,17 4,329x10-3 7,4805 1
1 barril = 0,159 m 1 barril = 159 lts 1 barril = 42 U.S. galones
1 U.S. galón = 3,785 lts 3 3 1 lt = 1.000 cm = 0,001 m
1 0,987 0,968 0,068 1,316
1,013 1 0,980 0,069 1,333 2
1 mm Hg = 1,333x10 Pa 1 pulg Hg = 3.386,4 Pa 1 torr = 1/760 atm 6 1 micrón = 10 m Hg 1 bar = 10.193,68 mm agua
101,3 100,0 98,0 6,9 133,3
1,033 1,020 1 0,070 1,360 2
14,7 14,5 14,2 1 19,3
1 kgf/m = 9,81 Pa = 9,81 N/m 3 1 lbf/in = 6,894x10 Pa
760 750 736 51,7 1.000
2
2
259
1 1,341 1,55x10-3 0,39x100,987
0,746 1 1,16x10-3 0,293x100,736
641,45 859,85 1 0,252 632,85
2.545 3.411 3,968 1 2.511
1,019 1,3587 1,58x10-3 0,3982x101
1 0,27778x10- 0,23885x10- 0,9478x10-3 3,6x106 1 859,85 3,4121x10-3 4,186x103 1,163x10-3 1 3,9683 3 1,055x10 0,29307x10 0,252 1 6 -3 9,807 2,72x10 2,343x10 0,00930 6 -3 1,356 37,7x10 0,3239x10 0,00129 1 Nm = 1 Ws = 1 J 1 kgf = 9,81 N 1 lbf = 4,448 N
0,1020 0,367x106 0,4268x103 107,6 1 0,1383
0,7376 2,66x106 3,087x103 778,0 7,233 1
1 hp = 746 W
1.000.000.000.000 = 10 1.000.000.000 = 109 1.000.000 = 106 1.000 = 103 100 = 102 10 = 101 0,1 = 10-1 0,01 = 10-2 0,001 = 10-3 0,000 001 = 10-6 0,000 000 001 = 10-9
tera giga mega kilo hecto deca deci centi mili micro nano
0,000 000 000 001 = 10-12 0,000 000 000 000 001 = 10-15 0 000 0 000 00 000 000 0 000 00 = 10-18
pico femto atto
T G M K h da d c m µ n p f a
12
260
moderado.
: Sociedad americana de pruebas y materiales. : Sociedad de ingenieros automotrices (grados SAE de viscosidad). : Instituto americano del petróleo (niveles de calidad). : Unidades Térmicas Británicas : Aceite para motores de gasolina anteriores al año 1972. Muchos motores actuales recomiendan este nivel de calidad. gasolina año 1980 en adelante :: Aceite Aceite para paramotores motoresdediesel de del aspiración natural o de servicio : Aceite para motores diesel turbocargados o de servicio pesado. : Gas Natural Comprimido. : Monóxido de carbono : Aceite para engranajes hipoidales, que operan a alta velocidad, cargas intermitentes o alto torque. : Recirculación de los Gases de Escape. : Inyección Electrónica de Combustible. : Fluido para sistemas de freno tipo SAE J1703, DOT 3, 4 o 5. : Fluido de transmisión automática. : Fluido para convertidores de torque. : Fluido para transmisión, diferencial, servo dirección, sistema hidráulico y de freno de tractores.
Aceite hidráulico industrial, antidesgaste, :detergente, inhibido en contra con de laaditivo oxidación, herrumbresin y
espuma, de buena demulsividad, alto índice de viscosidad y bajo punto de escurrimiento. : Detergente inhibidor. : Heavy Duty (servicio pesado). : Depresor del punto de escurrimiento. : Super High Performance Diesel (aceite de rendimiento superior). : Aceite para motores de dos tiempos. : Di-Alquil Di-tiofosfa Di-tiofosfato to de Zinc (aditivo antidesgaste-inh antidesgaste-inhibidor). ibidor). : Instituto nacional de grasas lubricantes (grados de grasas basados en la penetración ASTM a 25ºC. : Grasa para rodamientos, en base de litio o sodio. : Grasa con jabón de calcio. : Grasa para alta temperaturas. : Grasa multipropósito con espesador de litio. : Grasa GRM con 3% de Bisulfuro de molibdeno. : Grasa para rodamiento de rueda. : Lubricante para herramientas neumáticas. : Grado de viscosidad ISO basado en la viscosidad de cSt a 40ºC. : Centistoke (unidad de viscosidad cinemática). :Segundos Saybolt Universales
261
La inclusión, asimilación o incorporación de un material en otro. Líquido grasoso untuoso de origen vegetal, animal, mineral o sintético. Aceite mineral puro altamente refinado, esencialmente incoloro, inodoro e insípido. Los aceites blancos tienen un alto grado de estabilidad química.
Aceite que sirve como un componente temporal o permanente de un producto fabricado.
Mezcla especial de aceite de petróleo con pequeñas cantidades de aceites grasos o aceites grasos sintéticos.
Son producto de la destilación y refinación del petróleo o del carbón. Constan de numerosos hidrocarburos de diferentes composiciones. Según cuales sean los componentes prevalentes, se habla de: - aceites de base parafínica (cadenas de hidrocarburos saturados) - aceites de base nafténica (anillos de hidrocarburos saturados generalmente de 5 a 6 átomos de carbono en el anillo), o de aceites ricos en aromáticos (por ejemplo, bencenos alquídicos). A veces se diferencian mucho en sus propiedades fisico-químicas. -
Aceite de petróleo que no contiene aditivos. Aceite de motor y caja de cambio que satisface los requerimientos de mas de una clasificación de grado de viscosidad SAE (sociedad de ingenieros automotrices)(ver grados de viscosidad SAE) y por tanto puede ser apto para ser usado a lo largo de una gama de temperatura más amplia que un aceite de grado único.
Aceite mineral nafténico puro de color paja o amarillo pálido, utilizado como lubricante sin reciclaje y en la formulación de aceites de proceso. de base y mezclas de productos de base utilizado Producto como ingredientes inertes o diluyentes en la fabricación de lubricantes automotrices e industriales, y algunas sustancias químicas industriales, agrícolas y de consumo general.
Aceite lubricante de baja o mediana viscosidad obtenidos en la destilación del petróleo y preparados por diversos métodos. Derivan su nombre del hecho que no ha sido tratado con un ácido ni un álcali.
Sustancia química que puede reaccionar con los metales para formar sales, y con bases o álcalis para formar sales más agua. Los ácidos contienen hidrógeno y forman iones de hidrógeno (H +) en el agua. Se consideran como fuertes o débiles dependiendo de la concentración de ion hidrógeno en la solución. Son sustancias activas que se añaden para mejorar las propiedades del lubricante. Hay algunos que modifican las propiedades físicas (por ejemplo,
262
rebajan el punto de solidificación, mejoran el proceso de viscicidad-temperatura)
y otros que confieren nuevas propiedades químicas al lubricante (por ejemplo, Inhibidores de la oxidación y de la corrosión). Pueden además modificar las superficies de las piezas en rozamiento (modificación de la fricción) mediante sustancias protectoras contra el desgaste (antidesgaste) o mediante aditivos protectores contra el gripado (presión extrema). Para evitar efectos antagónicos deben ser apropiados entre sí y con las sustancias contenidas en el lubricante.
Aditivo a los lubricantes que evita que las superficies metálicas deslizantes se atasquen bajo condiciones de Extrema Presión (EP). A las elevadas temperaturas locales asociadas con el contacto metal a metal, un aditivo EP se combina químicamente con el metal para formar una película superficial que impide la soldadura de asperidades opuestas y la subsiguiente rayadura que es destructiva a las superficies deslizantes bajo cargas pesadas.
Aditivo que minimiza el desgaste causado por el contacto metal a metal durante condiciones de lubricación ligera de frontera (por ej. arranques y paradas, movimiento oscilatorio). El aditivo reacciona químicamente y forma una película en las superficies metálicas bajo condiciones operativas normales.
Uno de los dos tipos de aditivos utilizados para reducir la formación de espuma en producto de petróleo: aceite de silicona para romper las burbujas superficiales grandes y diversos tipos de polímeros que disminuyen la cantidad de burbujas pequeñas retenidas en los aceites.
Aditivo utilizado para aumentar las propiedades adhesivas de un lubricante, mejorar la retención y evitar el goteo y las salpicaduras.
Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes que, como una de sus actividades, establece y promueve normas para engranajes y lubricantes.
Propiedad de una sustancia, producto o mezcla que le da el carácter químico de base o álcali, en contraste a un ácido.
Ver inhibidor de la oxidación. Asociación comercial de productores, refinadores, comercializadores y transportistas del petróleo, organizados para el avance de la industria petrolera y que realiza investigaciones, recopila y disemina información, y mantiene la cooperación entre el gobierno y la industria en todas las cuestiones de interés mutuo. (Solo calidad).
Hidrocarburo no saturado identificado por uno o más anillos de benceno o por un comportamiento químico similar al benceno. Se caracterizan por tener enlaces de seis carbonos.
Organización cuyo fin es el avance de los conocimientos y las aplicaciones de la lubricación y las ciencias relacionadas.
Organización destinada a la “promoción de conocimientos de los materiales de ingeniería y la estandarización de especificaciones y métodos de prueba”. La La mayoría de los datos utilizados para describir, identificar o especificar los productos de petróleo se determina de acuerdo con los métodos de prueba ASTM.
263
Lubricantes especiales adecuados a las elevadas exigencias de los cambios automáticos.
264
Unidad estándar de medición en la industria petrolera, equivalente a 42 galones estándar norteamericanos, o aproximadamente 35 galones imperiales.
Uno de una clase amplia de compuestos que reaccionan con los ácidos para formar sales mas agua.
Hidrocarburo aromático (C6H6). Algunas veces mezclado con gasolina para mejorar su valor antidetonante (octanaje). Tóxico y se sospecha que es cancerígeno.
Lubricante sólido con estructura laminar
reticulada. Entre las diferentes capas existen solamente fuerzas de cohesión muy pequeñas, de manera que se puede producir el deslizamiento de unas capas con otras con muy poco esfuerzo de cortadura. La reducción de la fricción se obtiene solamente cuando el MoS2 se aplica de forma apropiada sobre una superficie de metal, por ej. también en combinación con un aglutinante (laca de deslizamiento de MoS2).
Unidades Térmicas Británicas; medidas del sistema ingles que se utiliza para medir el calor requerido para elevar la temperatura de una libra de agua a un grado Farenheit.
265
Ver escalas de temperatura. (ver tablas anexas) Medida Medida de de contenido de energía disponible de un combustible, bajo condiciones controladas especificadas por el método de prueba ASTM D240 o D 2382.
Cantidad de calor absorbido o liberado por una sustancia que sufre un cambio de estado (por ej. el hielo que cambia a agua liquida, o el agua que cambia a vapor) sin un cambio de temperatura.
Un elemento no metálico. Los diamantes y el grafito son las dos formas puras del carbono. El carbono es un constituyente compuestos orgánicos.
de todos los
Sonido producido cuando la mezcla de aire-combustible en el motor es encendida por algún elemento que no sea la bujía, como podría ser un punto caliente en la cámara de combustión. También puede deberse a que el rango del octanaje del combustible es muy bajo o por un desajuste en el tiempo de encendido. También es conocido como detonación.
Sustancia que contribuye a una reacción química sin sufrir ningún cambio. Niveles de calidad de aceite para y establecidos motores diesel a gasolina conjuntamente por API, SAE y ASTM; A veces denominadas categorías SAE o API/SAE; anteriormente denominadas Clasificaciones API de servicio para motores.
El residuo mineral que queda después de la formación de la capa de óxido o de sulfuro.
El contenido de ceniza de aceite lubricante compuesto y fresco, según se determina por el método D 874 de ASTM. Indica el nivel de aditivos metálicos en el aceite.
Ver escala de temperatura. Ver viscosidad. Ver viscosidad. Son compuestos orgánicos caracterizados por un grupo carbonilo unido a dos radicales de hidrocarburo. Las cetonas tienen una tolerancia muy elevada a los diluyentes y un buen poder de reducción de viscosidad.
Deformación que ocurre cuando planos paralelos de un cuerpo se desplazan relativamente entre sí en una dirección paralela a sí mismos.
Gas Natural Comprimido. El gas natural al ser comprimido a presiones por arriba de los 3600 PSI se almacena y se utilizará en un vehículo como combustible para el motor.
La capacidad que tienen los productos de petróleo de formar una mezcla homogénea que no se separa ni altera por medio de la interacción química.
266
Compuesto químico, generalmente mineral, que no incluye los ni sus derivados. Sustancia química que contiene carbono e hidrógeno; también pueden estar presentes otros elementos, tales como nitrógeno u oxígeno.
Empleo de menos energía para lograr la misma cantidad de trabajo útil; también, es la reducción o eliminación de cualquier actividad que consume energía.
Impurezas de materiales extraños o ajenos presentes en el combustible o lubricante.
Es una medida de la deformabilidad de grasas y pastas.
1. Bruto. Calor total emitido por la combustión ccompleta ompleta de un peso unitario de una sustancia, generalmente expresado en BTU/lb. 2. Calor de combustión bruto menos el calor latente de condensación del agua producida.
Ataque químico a un metal u otro sólido por los contaminantes de un lubricante.
Materiales cuyo comportamiento de fluencia es distinto al de los líquidos de Newton.
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La masa de un volumen unitario de una sustancia. Su valor numérico varía con las unidades utilizadas. Ver Acumulaciones duras o persistentes de eess y/o residuos carbonosos, debidos al combustible no quemado o parcialmente quemado (parcialmente oxidado), o de la descomposición parcial del lubricante del cárter. La capacidad de un aceite de separarse del agua, según se determina por el método de prueba ASTM D 1401 o D 2711.
La atrición o eliminación por frotamiento de la superficie de un material como resultado de la acción mecánica.
Aditivo en los aceites del cárter generalmente combinado con (y confundido con) los aditivos detergente neutraliza químicamente los contaminantes ácidos en el aceite antes de que se conviertan insolubles y se separen del aceite, formando un fango.
Aditivo de los aceites para motores que es una combinación de un y un Es importante para evitar la formación de un otros otros depósitos en los motores.
incoloro e inodoro producido por la combustión de Gas completa de una mezcla aire y combustible de hidrocarburo.
Aditivo de los aceites para motores que ayuda a evitar el y otros depósitos en los motores al descomponer las partículas de contaminante insoluble insoluble ya formados. Las partículas se mantienen mantienen finamente divididas de modo que puedan permanecer dispersas o suspendidas coloidalmente en el aceite.
Aditivo de limpieza para aceites del cárter. Se utiliza ampliamente en lubricantes lubricantes para motores de pistón para aviación. A diferencia de los detergentes convencionales de aceite para cárter, los dispersantes con cenizas no contienen compuestos metálicos, Ver
Polvo negro y lustroso (MoS2) que sirve como lubricante de película seca en ciertas aplicaciones a alta temperatura y alto vacío.
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Tendencia de los lubricantes a separar una fase liquida del compuesto sólido.
Recirculación de los Gases de Escape. Sistema de control de emisiones automotrices diseñado para reducir emisiones de óxido de nitrógeno.
Gases y partículas perjudiciales que son emitidas desde una máquina de combustión interna (escape, cárter y sistema de combustible), al realizar el proceso de óxido-reducción en una mezcla de airecombustible; Las principales emisiones son hidrocarburos, monóxidos de carbono, bióxido de carbono y óxidos de nitrógeno.
Capacidad de un aceite de emulsionarse con agua. El aceite queda suspendido en el agua en partículas minúsculas en una forma más o menos estable.
Mezcla íntima de aceite y agua, generalmente de aspecto lechoso o turbio.
Agencia del poder ejecutivo federal, establecida en 1970 para disminuir y controlar la contaminación ambiental por medio del control, la regulación y la ejecución, y para coordinar y apoyar las investigaciones ambientales.
Calibraciones termométricas arbitrarias que sirven como referencias convenientes para la determinación de la temperatura. Existen dos escalas termométricas basadas en el punto de congelamiento y de ebullición del agua a la presión de una atmósfera: la escala (F) (32 grados = congelamiento, 212 grados = ebullición) y la escala (C) o centígrado (O grados = congelamiento, 100 grados = ebullición).
Fuerza de fricción a la que se debe sobreponer una "capa" de fluido cuando se desliza sobre otra, tal como ocurre en cualquier flujo de fluidos. El esfuerzo cortante de un aceite de petróleo o de cualquier a una temperatura dada varía directamente con la (velocidad). La proporción entre el esfuerzo cortante y la velocidad de cizallamiento es constante; esta proporción se denomina
Resistencia de un producto de petróleo a la oxidación; por tanto, es una medida de su potencial vida útil en servicio o almacenamiento.. almacenamiento Existen varias pruebas de ASTM para determinar la estabilidad a la oxidación de un lubricante o combustible, todas ellas con intención de simular las condiciones de servicio de manera acelerada.
Estabilidad mecánica. Capacidad de los aditivos y de ciertos de resistir la descomposición química (hidrólisis) en la presencia del agua.
Capacidad de resistir la degradación química a altas temperaturas.
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En motores a gasolina, una emulsión blanda y negra, similar a la mayonesa, otros subproductos de la combustión, y el aceite formado durante la operación del motor a baja temperatura.
Vehículo que es flexible en cuanto al uso de uno, dos o más combustibles.
Fluido, generalmente de origen petrolero, para enfriar y lubricar la herramienta y trabajar en la maquinación y molienda.
Fluido, tal como un cuya no cambia con la velocidad de flujo.
Según kesternich es la presión necesaria para que fluya la grasa lubricante a través de una tobera de comprobación normalizada. La fluopresión revela el comportamiento de fluencia de un lubricante, en especial a bajas temperaturas.
Aparición de una mezcla espumante de aire y un producto de petróleo (por ejemplo, lubricante, aceite combustible) que puede reducir la eficacia del producto y causar un funcionamiento hidráulico lento, el atascamiento por aire de las bombas de aceite y el desbordamiento de los tanques o sumideros.
(HCHO). Emisión gaseosa tóxica producto de la combustión de gasolina en un motor.
Resistencia al movimiento de una ssuperficie uperficie relativa a otra.
La cantidad de fricción dependerá de la lisura de las superficies que están en contacto, así como de la fuerza con la que se las junta.
R Resistencia esistencia interna al flujo de un líquido. Ver Aditivos polares para lubricantes que por adsorción sobre la superficie metálica reducen el rozamiento y con ello elevan la capacidad de carga. Reducen también el gripado (Slip-stick).
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Unidad de volumen líquido equivalente a 231 pulgadas cúbicas (3785.4 cm3).
Unidad de volumen líquido utilizada en Canadá, Inglaterra y otros países. Definido como el volumen de 10 libras de agua a 68ºF (20ºC). Un galón Imperial equivale a 1,20095 galones norteamericanos.
Estado de vapor de cualquier sustancia que no tiene una forma ni un volumen independientes.
Mezcla que ocurre naturalmente de gaseosos, que consisten de un 80 a 95% de (CH4), cantidades menores de cantidades cantidades pequeñas de gases que no son hidrocarburos (por ejemplo, nitrógeno, helio).
El gas natural que ha sido comprimido y condensado en forma líquida reduciendo su temperatura por debajo de los 271ºF (132,7ºC) puede ser utilizado como combustible para motor de combustión interna. El nivel de octano va desde 107 a 110, dependiendo del contenido de propileno
Combustible para un vehículo automotor, que se compone de hidrocarburos y aditivos llamados productos de petróleo. Sus octanajes van desde 89 hasta 97 comúnmente.
Mezcla sólida elástica de un y un líquido que posee un límite de fluencia y una textura similar a la jalea.
Sistema simplificado establecido por el Instituto Nacional de Grasas Lubricantes (NLGI) para clasificar la consistencia de las grasas.
Sistema de clasificación de aceites para motores desarrollada por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE), basada en la medida del aceite a 18ºC (OºF) utilizando el método de prueba ASTM D 2602, o bien a 100ºC (212ºF) utilizando ASTM D 445. Si la viscosidad se mide a 18ºC, el número de grado del aceite incluye el sufijo 'W' (por ejemplo, SAE 20W), designando su idoneidad para el uso invernal.
Lubricante sólido de estructura laminar. El grafito lubrica muy bien en combinación con agua (por ejemplo, aire húmedo) así como también en atmósferas de dióxido de carbono. En el vacío no reduce la fricción.
Unidad métrica de masa y peso equivalente a 1/1000 de kilogramo y casi equivalente a la masa (peso) de 1 centímetro cúbico de agua a su máxima densidad.
Mezcla de un lubricante fluido (generalmente un aceite de petróleo) y un espesador (generalmente un jabón) dispersados en el aceite. Dado que las grasas no fluyen fácilmente, se utilizan donde se requiere una lubricación extendida y donde el aceite no sería retenido.
Lubricantes con aditivos inorgánicos que le dan consistencia (por ejemplo, bentonita, baragel, geles silicio).
271
Relación de peso por unidad de volumen. Con los productos de
petróleo, esta relación se puede expresar como la relación del peso de un volumen del producto a una temperatura designada al peso de un volumen equivalente de agua, también a una temperatura designada.
Para productos de petróleo, la proporción de la masa de un volumen dado de producto y la masa de un volumen equivalente de agua, a la misma temperatura. La temperatura de referencia estándar es de 15,6ºC (60ºF). La gravedad específica se determina por el método de prueba ASTM D 1298. Cuanto más alta sea la gravedad específica, tanto más pesado será el producto.
V
272
y Compuesto químico de hidrógeno y carbono; también denominado Los átomos de hidrógeno y carbono pueden combinarse en virtualmente innumerables maneras para crear una diversidad de productos. Es la mayor emisión contaminante que un motor de combustión interna produce.
273
Medida de la capacidad relativa de un lubricante de impedir el desgaste bajo cargas aplicadas; se calcula de datos obtenidos a partir del método "Four Ball EP”
Número empírico, sin unidades, que indica el efecto de un cambio de temperatura en la de un aceite. Los líquidos cambian de la temperatura, convirtiéndose en menos viscosos cuando se los calienta; cuanto mayor sea el V.I. de un aceite, tanto menor será su tendencia de cambiar de viscosidad con la temperatura.
Aditivo que mejora el rendimiento de un producto de petróleo por medio del del control de reacciones químicas no deseadas. Ver Aditivo que causa que la espuma se disipe más rápidamente. Promueve la combinación de burbujas pequeñas convirtiéndolas en burbujas grandes que se rompen más fácilmente.
Aditivo para protegerlas superficies metálicas lubricadas contra el ataque químico por el agua u otros contaminantes.
Aditivo de los lubricantes para proteger los componentes ferrosos (hierro y acero) de la herrumbre causada por la contaminación por agua u otros materiales perjudiciales de la degradación del aceite.
Sustancia añadida en pequeñas cantidades a un producto de petróleo para aumentar su resistencia a la oxidación, alargando de este modo su vida útil en servicio o almacenamiento; también se denomina un
Prueba de contaminantes en aceites lubricantes usados, bajo condiciones prescritas por el método de prueba ASTM D 893.
Organización Internacional de Normas.
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Es la sal de un ácido derivada de materia animal o vegetal. Los jabones metálicos se utilizan en la fabricación de grasa.
Productos de la conversión de metales o de sus uniones con ácidos grasos. Sirven como espesantes para grasas o como friction modifier (modificadores de fricción).
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Recubrimiento orgánico que se seca por evaporación del disolvente. Concentración letal, con una mortalidad del 50%; una medida de la toxicidad por inhalación. Es la concentración en el aire de un compuesto químico volátil a la cual la mitad de la población de prueba de una especie animal muere al estar expuesta al compuesto. Se expresa como partes por millón por volumen del toxicante por partes por millón de aire para un período de exposición dado.
Tensión a cortadura mínima, a la cual un material comienza a fluir. Por encima del límite de fluencia un material plástico se comporta reológicamente igual que un líquido.
Productos de descomposición del aceite que se forman a cargas bajas del motor y a temperaturas de trabajo bajas, y se depositan en el cárter. Los lodos en frío aumentan el desgaste y pueden provocar daños en los motores. Los aceites modernos de calidad reducen la tendencia a la formación de lodos en frío.
Control de la fricción y el desgaste por medio de la introducción de una película que reduce la fricción entre superficies móviles en contacto. El lubricante utilizado puede ser un fluido, un sólido o una sustancia plástica.
Sistema bajo el cual se surte grasa o aceite automáticamente de un depósito directamente a las piezas lubricadas de una o más máquinas. El flujo se mantiene mediante una bomba o batería de bombas que funcionan sobre un riel común, y la cantidad de lubricante suministrado a cada punto puede ser regulado por medio de un dispositivo de distribución en cada punto.
Son lubricantes que contienen aditivos para mejorar propiedades especiales (por ejemplo, capacidad de carga, protección contra el desgaste, estabilidad contra el envejecimiento, protección contra la corrosión, comportamiento viscosidad-temperatura).
Fluido lubricante compuesto de materiales químicamente reactivos de una composición química específica para producir un compuesto con propiedades planificadas y predecibles; el resultante puede suplementarse con para mejorar las propiedades específicas.
Capacidad de un aceite o grasa de lubricar; también se denomina La lubricidad puede ser realzada por medio de un tratamiento con
276
Aditivo a los lubricantes, generalmente un de alto peso molecular, que reduce la tendencia de un aceite de cambiar la con la temperatura. Los que proporcionan una lubricación efectiva a lo largo de una amplia gama de temperaturas, generalmente contienen mejoradores del I. De V.
Conocido como alcohol de madera (CH3OH), ligero, volátil, alcohol flamable comúnmente hecho a partir del gas natural. Su energía volumétrica contenida es aproximadamente la mitad que la contenida en la gasolina. Su nivel de octanaje es de 101, lo cual permite que sea utilizado en motores de alta compresión. Tiene baja presión en su estado de vapor lo cual nos lleva a entender su nivel bajo de emisiones evaporativas y su pobre desarrollo al encender a bajas temperaturas.
Capaz de ser mezclado en cualquier concentración sin separarse en fases.
Gas incoloro, inodoro y venenoso, formado por la combustión incompleta de cualquier material carbonoso (por ejemplo, gasolina, madera, hulla).
Metil TerButil Eter. Aditivo oxigenado para la gasolina que reduce las emisiones dañinas y mejora el nivel de octanaje.
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V Hidrocarburo caracterizado caracterizado por los átomos de carbono saturado en una estructura de anillo y que tiene la fórmula general CnH2n; también se denomina Los aceites lubricantes nafténicos tienen bajos debido a su muy bajo contenido de cera, y disponen de buenas propiedades de solvencia.
Asociación comercial cuyo interés principal es la grasa y la tecnología de las grasas.
Ver Ver Ver Medición de la calidad de ignición de un expresado como el porcentaje de cetanos que debe mezclarse con metilnaftaleno líquido para producir el mismo rendimiento de ignición que el combustible diesel que se está clasificando, según se determina por el método de prueba ASTM D 613.
También se denomina (como abreviatura, en inglés) y es una indicación de la acidez o alcalinidad de un aceite; el número es el peso en miligramos de la cantidad de ácido (ácido clorhídrico [HC])o base (hidróxido de potasio [KOH]) requerido para neutralizar un gramo del aceite, de acuerdo con el método de prueba ASTM D 664 (método potenciométrico) o ASTM D 974 (método colorimétrico).
Expresión de las propiedades de una gasolina, relativas a aquellas correspondientes a un combustible estándar de referencia. Existen dos tipos diferentes de número de octano medidos en laboratorio: y Número determinado de acuerdo con los métodos ASTM D 2699 y D 2700 respectivamente.
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Forma de deterioro químico al cual están sujetos los productos de petróleo, al igual que la mayoría de los demás materiales orgánicos. Sin embargo, la resistencia de muchos productos de petróleo a la oxidación es muy elevada. La oxidación generalmente se trata del agregado de átomos de oxígeno y el resultado es casi siempre uno de degradación.
Compuesto químico de nitrógeno enlazados con cantidades de oxígeno (NOx). Emisiones altas en un motor de combustión interna que son formadas bajo presión y temperatura arriba de los 2500ºF (1371ºC). Es un agente principal en la formación de ozono.
Compuestos químicos en donde un azufre (átomo) es unido a varios átomos de oxígeno, esto por el producto de la combustión de la gasolina o cualquier otro combustible que contenga azufre. Como la descomposición de los óxidos de azufre se efectúa en el aire, al combinarse con agua, se forma ácido sulfúrico.
Compuesto radical de oxígeno (O3) que es hallado en la parte alta de la atmósfera y su función es filtrar los rayos ultravioletas del sol. La capa de ozono que se forma al nivel de la atmósfera es la reacción de óxidos de nitrógeno al crearse el SMOG.
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Hidrocarburo identificado por cadenas de carbono saturadas puro (normales) o ramificadas (iso). Las parafinas son relativamente no reactivas y tienen una excelente En contraste con los aceites nafténicos (ver los aceites lubricantes parafínicos tienen un relativamente elevado contenido de cera y y generalmente tienen un elevado
Piezas sólidas o sustancias líquidas de tamaño microscópico como carbón o plomo que son descargadas a la atmósfera por los motores de combustión interna.
Medida de la consistencia de una grasa, utilizando un La penetración se presenta como las décimas de un milímetro (número de penetración) que un cono estándar, actuando bajo la influencia de la gravedad, penetrará la muestra de grasa bajo condiciones de prueba prescritas por el método de prueba ASTM D 217. La temperatura estándar de prueba es de 25ºC (77ºF). Cuanto mayor sea el número de penetración, tanto más blanda será la grasa.
Unidad CGS de viscosidad absoluta; es el esfuerzo cortante (en dinas por centímetro cuadrado) requerido para mover una capa de fluido a lo largo de otra con un espesor total de la capa de un centímetro a una velocidad de cizallamiento de un centímetro por segundo. Las dimensiones son dinaseg/cm2. (cP) es 1/100 de poise y es la unidad de viscosidad absoluta más comúnmente utilizada.
Fuerza por área unitaria, medida en kilopascales (kPa) o libras por pulgada cuadrada (psi).
Una fracción primaria de petróleo refinado, generalmente un aceite lubricante, al cual se le mezclan otros otros aceites para producir productos terminados.
Libras por pulgada cuadrada. Medición de la temperatura más baja a la cual puede usarse de manera segura un lubricante de engranajes.
Temperatura más baja a la cual una cantidad especificada de anilina (un derivado del benceno) es soluble en una cantidad especificada de un producto de petróleo, según se determina por el método de prueba ASTM D 611 0 D 1012; por lo tanto, una medición empírica del poder disolvente de un hidrocarburo.
Temperatura específica que puede definirse de dos maneras, dependiendo de la prueba ASTM utilizada.
Temperatura a la cual una sustancia sólida se funde o se convierte en líquida. El punto de fusión de una grasa se determina colocando una pequeña cantidad de la grasa en el bulbo de un termómetro y calentando en aire caliente hasta que la grasa comience a chorrear. Ver también
280
Normalmente relacionado a una temperatura a la
cual una grasa pasa desde un estado semisólido a un estado líquido bajo las condiciones de prueba especificadas ASTM D 556. Es una indicación de sí una grasa fluirá desde un cojinete a la temperatura operativo.
Temperatura mínima de una muestra a la cual se produce vapor a una velocidad suficiente como para mantener la combustión. Específicamente, es la temperatura más baja de la muestra a la cual puede quemarse el vapor inflamado durante por lo menos 5 segundos
Temperatura a la cual una nube o neblina de cristales de cera aparecen en el fondo de una muestra de aceite lubricante en un matraz de prueba, cuando se enfría bajo condiciones prescritas por el método de prueba ASTM D 2500
281
Sigla de “Inhibido a la Herrumbre y a la Oxidación”, aplicado a aceites lubricantes industriales altamente refinados formulados para una prolongada vida útil de servicio en sistemas circulantes, compresores, sistemas hidráulicos, alojamientos de cojinetes, cajas de engranajes, etc. Frecuentemente se refiere a los mejores aceites R&O como
Serie de procesos para convertir el aceite crudo y sus fracciones en productos de petróleo terminados.
Estudio de la deformación y flujo de la materia en términos de tensiones, deformación plástica, temperatura y tiempo. Las propiedades reológicas de una grasa se miden comúnmente por penetración y Su representación generalmente se hace mediante curvas de fluencia en función de: Tensión de cortadura τ = F/A (N/m2 = Pa) Donde: F= fuerza A= superficie Gradiente de velocidad D= v/y (s-1) (gradiente lineal de velocidad) Donde: v= velocidad y= espesor de la película lubricante
η = τ / D (Pa · s) la unidad centipoise (cP) utilizada anteriormente equivale a la unidad (mPa · s) 2
ν ν = = η / ρ (mm / s) donde: ρ = densidad (Kg / m3). La unidad centistokes (cst) utilizada anteriormente equivale a la unidad (mm 2 /s). Evidencian una dependencia lineal entre τ y D de forma recta que pasa por 0 y cuya pendiente depende de la viscosidad. Todas las sustancias que se alejan de este comportamiento de fluencia no se consideran líquidos de Newton
Incremento de la viscosidad a gradiente creciente de velocidad. Comportamiento estructural viscoso de los líquidos con límite adicional de fluencia (por ej. grasas consistentes) Propiedad de los líquidos no newtonianos, cuya viscosidad aumenta en función del tiempo de cortadura y que recuperan luego su viscosidad inicial con el tiempo.
Porcentaje de material coquizado que permanece después de que una muestra de aceite lubricante haya estado expuesta a altas temperaturas bajo el método ASTM D 189 (Conradson) o D 524 (Ramsbottom). Los resultados de estas pruebas se presentan como un porcentaje del peso de la muestra original.
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Propiedad de un lubricante que actúa para evitar el desgaste abrasivo o la rayadura de las superficies de los cojinetes.
Voltaje mínimo requerido para producir un arco eléctrico a través de una muestra de aceite, según se mide por medio del método de prueba ASTM D 877; por lo tanto, es una indicación de las propiedades aislantes (que evitan la formación de arcos) de un aceite para transformadores. Una baja resistencia dieléctrica puede indicar contaminación, especialmente por agua.
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