CLASE 10 Control de Depósitos -...

DIPLOMADO: ANÁLISIS DE LUBRICANTE NIVEL I. PILARES DEL PROGRAMA

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CLASE 10

Control de

Depósitos


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CLASE 10 – CONTROL DE DEPÓSITOS

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1.- El participante identificará los compuestos químicos de los que están

hechos los detergentes y dispersantes y usará esa información para

identificarlos en el análisis de lubricante.

2.- El participante reconocerá la diferencia entre los aditivos detergentes y

dispersantes que son orgánicos o inorgánicos y usará esta información para

identificar los mediante el análisis de lubricante.

3.- El participante reconocerá cuáles de estos aditivos son activos sobre el

básico y cuáles sobre la superficie de la maquinaria.

TEMA 1 – Detergentes

Desarrollo

Los lubricantes de motores de combustión interna tienen la función

de mantener la máquina libre de depósitos y de los efectos de la

corrosión. Esto se logra por medio de los aditivos detergentes que

tienen la función de neutralizar los ácidos que se forman como

subproductos de la combustión, es decir, también actúan sobre la

base lubricante. Las sales formadas de la reacción con el ácido son

mantenidas dispersas en el lubricante evitando que estas se depositen

sobre las superficies del motor. Además el detergente tiene la función

de evitar la formación de depósitos en las zonas críticas del motor e

inhibiendo la aglomeración de partículas precursoras de los

depósitos. Igualmente actúan sobre la superficie de la máquina como

anti herrumbre para evitar el ataque del agua y como desactivadores

de metales (quelantes) para evitar el efecto catalítico de estos en las

reacciones de degradación del lubricante. Los detergentes son

compuestos órgano-metálicos (sulfonatos de calcio, fenatos de

magnesio, carboxilatos de calcio y magnesio). Estos aditivos pueden

ser detectados mediante la prueba de espectrometría.

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Fundamentos de lubricación de motores de combustión interna

Noria Corporation

La lubricación juega un rol muy importante en la expectativa de vida de un

motor de combustión interna. Sin aceite, un motor sucumbiría rápidamente por sobrecalentamiento y desgaste. El aceite ayuda a mitigar este problema, y si es monitoreado y mantenido correctamente, puede ayudar a extender la

vida de su motor.

Dónde comienza la lubricación de un motor

El proceso de lubricación de un motor de combustión interna comienza en el depósito, comúnmente conocido como el cárter. Desde aquí, el aceite es succionado a través de un tamiz o cedazo por la bomba, donde se eliminan del aceite los contaminantes de mayor tamaño, pasando luego por el filtro.

Es importante mencionar que no todos los filtros tienen el mismo desempeño.



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La habilidad de los filtros para remover las partículas depende de muchos factores, entre

los cuales podemos mencionar la media filtrante (material, tamaño de poro, área de

filtración y profundidad del filtro), la caída de presión y el caudal a través del filtro. El aceite el bombeado a través de los pasajes a los

componentes del motor como son el árbol de levas, los cojinetes de bancada y de biela, los

pistones, etc. Después de hacer este recorrido, el aceite regresa al cárter por gravedad, repitiéndose nuevamente el ciclo.

Relleno de aceite

Para apreciar el verdadero impacto del aceite en el proceso de lubricación, usted debe

conocer primero que nada cómo están formulados. Los aceites de motor tienen dos componentes: aditivos y aceite básico. El

volumen total de aditivos en un aceite de motor puede estar entre un 20 y un 30 por

ciento, dependiendo de la marca, la aplicación y su formulación. Estos aditivos pueden mejorar las propiedades del aceite

básico, añadir propiedades que este no tiene o eliminar las propiedades indeseables.

Un paquete típico de aditivos para aceites de

motor incluye un detergente y un dispersante. Estos aditivos trabajan juntos para mantener los motores limpios de

depósitos que se pueden formar por la combustión del combustible y por los gases

que pasan a través de los anillos al cárter, mejor conocido como blow-by. Los detergentes y los dispersantes son pequeñas

partículas que tienen una cabeza polar y una cola oleofílica. La cabeza polar se fija a los contaminantes dentro del aceite y los rodea,

formando una estructura conocida como micela.



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El hollín es un buen ejemplo de un depósito que puede ser controlado por los detergentes/dispersantes. Las partículas de hollín son envueltas por el

dispersante, formando una micela, que se mantiene en suspensión para evitar que se deposite en las superficies del motor. De esta forma circulan

por todo el sistema hasta que son removidas cuando se realiza el cambio de aceite o en el filtro cuando crecen en tamaño, evitando así un proceso conocido como aglomeración. Durante esa aglomeración, las partículas de

hollín comienzan a unirse unas con otras o aglomerarse en partículas más grandes. Las más pequeñas, que pueden pasar a través de los componentes

sin interrumpir la película lubricante, pueden aglomerarse para formar partículas más grandes, las cuales pueden romper la película lubricante y dañar la superficie.

La mayoría de los motores de los vehículos utiliza algún aceite del tipo

multigrado. Este tipo de aceite tiene un aditivo llamado mejorador del índice de viscosidad (MIV). Ejemplos comunes son el 10W-30 o el 5W-40. Estos mejoradores del IV son moléculas orgánicas de cadena larga que cambian

de forma en la medida en que la temperatura del ambiente donde se encuentran cambia. En ambientes fríos (durante el arranque del motor),

estás moléculas están estrechamente unidas. A medida que el aceite se calienta, estas comienzan a estirarse. Esto permite que el aceite fluya más rápidamente a baja temperatura pero manteniendo una viscosidad

aceptable, y más importante aún, una película lubricante en el rango de la temperatura de operación.

Otro aditivo comúnmente usado en la formulación de estos aceites es el

antidesgaste (AW). Al igual que los detergentes/dispersantes, estos aditivos tienen una estructura similar, pero a diferencia de los anteriores, su cabeza polar se adhiere a la superficie de los componentes del motor. Una vez

adherido a la superficie, el antidesgaste forma una película de sacrificio que protege las superficies de la degradación bajo condiciones de lubricación a

película límite. El más común de estos aditivos es el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP).

Degradación del aceite

Los aceites de motor están sujetos a diferentes modos de falla. La contaminación plantea un problema muy importante para los motores. Los contaminantes del ambiente pueden acelerar los procesos de oxidación y

causar un taponamiento prematuro de los filtros. La contaminación con combustible puede disminuir la viscosidad del aceite, llevando a condiciones de lubricación limítrofe dentro de los componentes móviles del motor.



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Por el contrario, la contaminación con glicol (anticongelante) incrementa la viscosidad, por lo que el aceite no fluirá tan bien hacia los componentes que

requieren de un aceite menos viscoso. El sobrecalentamiento o los intervalos prolongados de cambio también acelerar la degradación del aceite dando

como resultado una pobre lubricidad y excesiva oxidación.

Adicionalmente, los aditivos en el aceite se pueden romper generando problemas de lubricación. Con el tiempo, los mejoradores del IV de rompen, disminuyendo la viscosidad del aceite a la temperatura de operación. Los

AW y los detergentes/dispersantes no son diferentes. Ellos se agotan, y las moléculas que se quedan no son tan efectivas. Por lo tanto, el aceite debe

ser cambiado. Lo anterior puede ser causado por periodos prolongados de uso del aceite o un pobre mantenimiento.

Cuando de motores se trata, aplican los mismos principios de lubricación. La película lubricante debe ser mantenida para asegurar unas condiciones

de operación adecuadas para obtener la máxima vida de los componentes del motor. Cambiar el aceite regularmente y mantener el nivel adecuado de

los fluidos son factores calve para la salud del motor y su esperanza de vida.

¿Sabías qué?

¿Existe una recomendación universal que

dice que: la reserva alcalina de un aceite

nuevo debe ser 10 veces el contenido de

azufre en el combustible? Aunque esto no

aplica en países donde se utiliza un diésel

de ultra bajo azufre ULSD, el detergente es

el que mantiene limpio los motores, así

que si bien es cierto su reserva alcalina se

mantendrá en el tiempo, la limpieza de los

motores es crítica y en este sentido se

espera continuar utilizando este tipo de

aditivos mientras existan los requisitos de

limpieza en los motores



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Ejemplo

Si los detergentes hacen su trabajo en el aceite de motor, entonces

mantendrán las superficies internas limpias. Sin embargo, los detergentes

que están disueltos en el lubricante tienen una capacidad limitada y en

algún momento se agotarán. Cuando dejamos que el lubricante exceda el

tiempo en servicio o la generación de lodos y contaminantes es mayor que

lo normal por alguna condición de operación o contaminación del

lubricante, el aditivo se agotará y se formarán depósitos en los pistones,

camisas y anillos, ocasionando que la máquina pierda su compresión.

Recordando además que el detergente tiene la función de neutralizar los

ácidos del proceso de combustión, el agotamiento de éste aditivo puede estar

relacionado con combustibles con alto contenido de azufre o falla del

sistema de combustión.

Frase

Célebre

Mito: "Cuando el aceite de motor se pone

negro debe ser cambiado"

Realidad: "Cuando un aceite se pone negro

es porque los aditivos detergentes y

dispersantes están haciendo su trabajo de

mantener limpia la máquina y dispersando

las partículas para que no se depositen en

las superficies de la máquina"

Gerardo Trujillo



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Formato

Descarga tu formato, el cual muestra la Clasificación de los aditivos más comunes de tipo automotriz e industrial. (es el mismo de la clase 9, y aplica para la 9,10, 11 y 12)

Resumen

Los detergentes son compuestos polares que actúan sobre la base

lubricante capturando los sub-productos originados de la

degradación del aceite y de los procesos de combustión. También

actúan neutralizando los ácidos que se forman como subproductos de

la combustión cuando se utilizan combustibles con cierto contenido

de azufre. La mayoría de estos aditivos son usados en la formulación

de los aceites de motor de combustión interna y son los responsables

del número básico (BN) del aceite.

Reflexiona

Si dejamos trabajar un lubricante por más

tiempo del debido, se formarán depósitos

en las zonas de alta temperatura del

motor, en las ranuras de los anillos y en

algunas ocasiones provocando el

atascamiento de los anillos. Al monitorear

a los detergentes y la reserva alcalina del

lubricante podemos identificar el tiempo

óptimo de cambio del lubricante para

retirarlo cuando aún tienen capacidad de

controlar los depósitos y no cuando ya ha

agotado su capacidad.



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TEMA 2 – Dispersantes

Desarrollo

A diferencia de los detergentes, los dispersantes con compuestos

orgánicos que no contienen metales en su formulación. Estos aditivos

están formados por un elemento de hidrocarburo soluble en la base

lubricante, uno de enlace para unir el hidrocarburo con el "grupo

funcional polar". Este último es el encargado de capturar las

partículas de hollín, los insolubles y los compuestos de degradación

del aceite formando las micelas y evitando que se aglomeren y

depositen en la superficie del motor y a la vez evitando el incremento

de la viscosidad del lubricante. Los compuestos más comunes son poli

isobutileno (hidrocarburo), succinimidas (enlace) y poliaminas (grupo

funcional), ambos compuestos orgánicos nitrogenados que no podrán

ser detectados directamente por las pruebas del análisis de

lubricante.

Localizando los dispersantes en su reporte de

análisis de aceite

Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Noria Corporation.

"¿Cuáles elementos en un reporte de análisis de aceite se consideran dispersantes?

En su reporte de análisis de aceite de rutina, la respuesta sería “ninguno”. Un dispersante

en el aceite se define como un aditivo, usualmente no metálico (“libre de cenizas”), el cual mantiene las partículas finas de

materiales insolubles en una solución homogénea. Por lo tanto, no permite que las

partículas se acumulen y se asienten. La composición química más común de un

dispersante es un poli-isobutileno succiniamida.

Los dispersantes, además de los antioxidantes, mejoradores del índice de

viscosidad y algunos aditivos anti-espumantes son moléculas orgánicas. Una molécula de aditivo orgánico contiene carbono, hidrógeno y



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posiblemente oxígeno, nitrógeno o azufre, ninguno de los cuales se detectan rutinariamente usando espectrometría de elementos.

Los aditivos metálicos típicamente monitoreados mediante análisis de elementos son los siguientes:

Aditivos antidesgaste – zinc y fósforo (ZDDP) Extrema presión – fósforo

Detergentes – calcio y magnesio

Sin embargo, la espectrometría de elementos tiene dos limitaciones importantes respecto al análisis de los aditivos. En primer lugar, la técnica

no mide realmente los aditivos, sino más bien los elementos individuales o átomos contenidos dentro de la molécula del aditivo. Si bien este comentario puede parecer obvio, tiene serias implicaciones cuando se habla de

tendencias de agotamiento de aditivos.

Para entender el problema potencial, piense en uno de los aditivos más comunes, el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP), un aditivo antidesgaste y

antioxidante. Dependiendo de la formulación, un fluido hidráulico común anti-desgaste puede contener de 100 a 500 ppm de ZDDP, medida por las concentraciones elementales de zinc y fósforo. Someter a un aceite que

contiene ZDDP a altas temperaturas y altos niveles de humedad probablemente resultará en agotamiento significativo del aditivo debido a la

hidrólisis, que es una reacción química entre la molécula de agua y el ZDDP. Bajo tales circunstancias, los subproductos finales de la reacción de hidrólisis probablemente serán sales de zinc y fosfatos, los cuales, a pesar

de no ser ZDDP químicamente, pueden permanecer en solución en el aceite.

El resultado es que al considerar sólo las concentraciones del zinc y fósforo, la diferencia entre el zinc y el fósforo “bueno” en forma de ZDDP y el zinc y

fósforo "malo" de los subproductos de la reacción, será casi imposible de determinar.

La segunda limitación del uso de la espectrometría de elementos para

monitorear el agotamiento de aditivos es quizás aún más fundamental. Muchos aditivos comunes, tales como antioxidantes, dispersantes, mejoradores del IV y algunos aditivos anti-espumantes, son moléculas

orgánicas. En pocas palabras, una molécula de aditivo orgánico contiene carbono, hidrógeno y quizás oxígeno, nitrógeno o azufre. Debido a que ninguno de estos elementos se detectan rutinariamente usando

espectrometría de elementos, la espectrometría por electrodo de disco rotatorio (RDE) o plasma inductivamente acoplada (ICP), ofrecen poca o

ninguna ayuda n el monitoreo de la salud de un aditivo orgánico.



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Una herramienta más precisa para medir el agotamiento del aditivo es la espectrometría infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). El monitoreo

del espectro FTIR le permitirá revisar el contenido de dispersantes.

Ejemplo

Las regulaciones ambientales exigen que los motores emitan menos

partículas al ambiente y eso ha modificado la configuración de los motores.

El hollín en los motores modernos está en mayores cantidades en el

lubricante y por ello cada vez es más importante la función del dispersante.

Motivo por el cual las nuevas formulaciones de lubricante ponen especial

énfasis en el control de mayores cantidades de hollín y en mantener la

viscosidad.

“Si usted se pone a trabajar en sus metas,

sus metas se pondrán a trabajar para

usted. Si usted se pone a trabajar en su

plan, su plan se pondrá a trabajar para

Usted. Todo lo bueno que construimos,

acaba construyéndonos”.

Jim Rohn

Frase

Célebre

¿Sabías qué?

¿Además del FTIR para detectar la

presencia del dispersante, la mejor prueba

para conocer si el lubricante mantiene una

efectiva dispersancia es a través de la

prueba de la gota de aceite sobre papel

cromatográfico?



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Resumen

La combustión en los motores genera hollín como un sub-producto.

El lubricante debe mantener las partículas de hollín finamente

dispersas para evitar que se aglomeren y depositen en las superficies

y modifiquen (aumenten) la viscosidad. Esto se logra por medio de los

aditivos dispersantes, los cuales actúan sobre la base lubricante

manteniendo en suspensión al hollín, productos de degradación del

lubricante como resinas, barniz, lacas y depósitos de carbón.

Reflexiona

Si el aditivo dispersante se agota, el hollín

se aglomera y se vuelve altamente

abrasivo, ocasionando además el

incremento de la viscosidad del lubricante.

El dispersante es responsable de mantener

el hollín disperso, pero hay muchas

condiciones de operación y mantenimiento

que pueden ocasionar que la cantidad de

hollín en el aceite se incremente, agotando

al aditivo.



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Palabras Clave

Detergente: Aditivo disuelto en la formulación de los lubricantes para motores de

combustión interna. Tiene una doble función en el lubricante: Neutraliza los ácidos que se generan por el azufre del combustible y evita la aglomeración de partículas y lodos que forman depósitos e impide que las partículas se

depositen en las zonas críticas del motor (anillo, cilindros y pistones). Es el responsable de la reserva alcalina del lubricante también conocida como

Número Básico o BN. Dispersantes:

Aditivo no metálico disuelto en la formulación del lubricante de motor de combustión interna para suspender de manera coloidal y mantener

finamente disperso el hollín, lodos y productos de degradación del lubricante para que no se aglomeren y depositen en la maquinaria. El dispersante trabaja en conjunto con el detergente para mantener la máquina limpia.

Depósitos: Materiales insolubles en el aceite que son resultado de la oxidación y

descomposición del aceite lubricante y la contaminación de fuentes externas y fuga de gases en los motores. Pueden asentarse en la maquinaria y partes

del motor. Ejemplos son lodos, barniz, laca y carbón.

LINGOTE DE ORO

1. Mantener el motor libre de depósitos y controlar el hollín es fundamental para que el aceite de motor proteja la

máquina. 2. Los aditivos detergentes y dispersantes

trabajan en conjunto para mantener los pistones limpios al prevenir la

formación de depósitos y una lubricación eficiente al mantener el

hollín en suspensión.


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