Tema 14.- Lubricantes 1

Lubricantes 1.- Introducción

La palabra lubricante proviene del latín “lubricum” que significa resbaladizo y veloz. Se trata de una delgada capa de fluido, de espesor a veces inferior a una micra, que se interpone entre dos superficies sólidas para evitar su contacto directo y permitir que resbalen sin deteriorarse. Como consecuencia de ello las ventajas que se derivan del uso de lubricantes son:

- Disminución de la energía que se pierde por fricción de dos superficies. - Disminución del desgaste de las piezas y - Mejor eliminación del calor producido por las piezas al rozar.

2.- Características de las bases lubricantes ♦ Viscosidad cinemática ♦ Índice de Viscosidad ♦ Punto de inflamación ♦ Punto de congelación ♦ Volatilidad ♦ Contenido en azufre ♦ Composición hidrocarbonada 3.- El mercado mundial de los lubricantes

4.- Clasificación de una base lubricante.

- Bases minerales de crudo de petróleo, las cuales se clasifican a su vez en: o Bases minerales convencionales y o Bases hidrocraqueadas - Bases sintéticas: poli-α-olefinas, esteres entre otros y polioximetilenos. - Bases regeneradas a partir de aceites usados. Actualmente todos los lubricantes han de contener un

15% de bases regeneradas. - Bases naturales: aceite de colza, girasol, etc.

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5.- Bases minerales 5.1.- Bases convencionales (grupo I) 1. Fuel ligero 2. Vaselinas, ceras de parafina Residuo Fracción soluble en propano líquido (Tb=-42 °C) (Tb≥350 °C) 3. Residuo* Asfaltos Lubricantes brutos

1

1

Residuo* Bases lubricantes de vacio

2

3

Asfaltos Aromáticos Parafinas 1: Extracción líquido-líquido con propano líquido a 30 atm (lubricantes brutos). 2: Desaromatizado: extracción líquido-líquido con furfural a 5-7 atm. 3: Desparafinado: extracción líquido-líquido con tolueno-etilmetilcetona a -5° C. 5.2.- Bases hidrocraqueadas (grupos II y III) ♣ Hidrocraqueo del gasoleo: H2/catal. metálicos (Co-Mo, Ni-Mo o Ni-W)/P >200 atm/T >400 °C.

Gasoleo (C15-C22) Lubricantes ♣ Isomerización de parafinas Ligeros Parafinas Bases(IV >115) Parafinas recicladas

2

2

3

4

1: Prehidrotratamiento para retirar azufre y nitrógeno. 2: Hidroisomerización en dos etapas para transformar n-parafinas en iso parafinas (cat. Ácidos; AlCl3)

CH3-(CH2)17-CH2-CH3 CH3-(CH2)16-CH(CH3)2 3: Vacio, para eliminar productos volátiles. 4: Desparafinado convencional.

Propiedades de bases lubricantes de los grupos I a III

Base grupo I Base grupo II Base grupo III

Índice de viscosidad 95 115 125 Azufre (% en peso) 0,40 0,02 <0,02

Saturados (% en peso) 70 93 95

Tema 14.- Lubricantes 3

6.- Bases sintéticas Las ventajas que presentan son las siguientes:

- Menor Tf (aptas a menores temperaturas de operación). - Mayor estabilidad a la oxidación (temperatura de trabajo más alta). - Mayor índice de viscosidad (rango de operación más amplio y menor dosis de aditivo) - Menor volatilidad (menor consumo de aceite) - Mejor lubricidad (menor grado viscosímetro) - Biodegradabilidad (mejor comportamiento ambiental) - Baja toxicidad - Combustión limpia - Resistencia al fuego (aplicaciones especiales hidráulica)

Las bases sintéticas se clasifican en tres grandes grupos: 6.1.- Esteres sintéticos Diesteres

(CH2)3H3C CH

CH3

CH2 O C (CH2)n

O

C

O

O CH2 CH (CH2)3

CH3

CH3 n=8 (ac. sebácico)n=4 (ac. adípico)

Ftalatos:

O

O

CH2 CH (CH2)3-CH3

CH3O

O

CH2 CH

CH3

(CH2)3-CH3

Trimelitatos (esteres de ácidos tribásicos):

O

O

O

HOOC COOR

COOR

ROOC

Esteres de poliol:

H3C C

CH2OH

CH2OH

CH3

alcoholneopentílico

H3CH2C C

CH2OH

CH2OH

CH2OH

trimetiolpropano

HOH2C C

CH2OH

CH2OH

CH2OH

pentaeritritol

Lubricante

Ti

Tcomb

Tignición Aceite mineral 105 115 245

Diester 230 260 410 Ester de poliol 260 290 500

Propiedades Diesteres Ftalatos Trimelitatos Esteres de poliol Viscosidad a 40 °C, cSt 6-46 29-94 47-366 14-35 Viscosidad a 100 °C, cSt 2-8 4-9 7-22 3-6 Índice de viscosidad 90-170 40-90 60-120 120-130 Pto. de congelación -70 a -40 -50 a –30 -55 a –25 -60 a -9 Pto. de inflamación 200-260 200-270 270-300 250-310 Estabilidad térmica Buena Muy buena Muy buena Excelente Biodregadabilidad Excelente Buena mala Excelente

Tinfl. Aceite mineral = 105 °C

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6.2.- Hidrocarburos sintéticos

- Propiedades de Polialfaolefinas, PAO (%S=0)

PAO 2 PAO 4 PAO 6 PAO 100 Viscosidad a 100 °C 1,8 3,84 5,98 103-110 Viscosidad a 40 °C 5,54 6,7 30,9 1260-1390 Viscosidad a -40 °C 306 2390 7830 >150.000 Índice de viscosidad - 124 143 Pto. Congelación -63 -72 -64 -21 a –27 Pto. inflamación 164 213 235 280-290

- Propiedades de los Poliisobutenos Poli-1-buteno: poli-2-buteno: poliisobuteno:

(CH2-CH)n

CH2

CH3

(CH CH)n

CH3 CH3

CH3 C

CH3

CH3

(CH2 C)n

CH3

CH3

Pm 270 300 780 955 2400 5800 Viscosidad a 100 °C 2 4 103 225 4250 40500 Índice de viscosidad - - 100 128 264 378 Pto. Inflamación 105 135 190 210 270 280 Pto. Vertido -60 -60 -12 -7 24 50 6.3.- Polioxietilenos Homopolímeros de óxidos de propeno

CH CH2

O H+CH3-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OHCH3-CH-CH2OH

OH CH3 CH3

CH CH2

O

CH3CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OH CH3 CH3

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OH CH3 CH3n

Copolímeros de óxidos de etileno y óxidos de propeno

CH CH2

O H+CH3-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OHCH3-CH-CH2OH

OH CH3 CH3

CH2 CH2

O

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH2-CH2OH

OH CH3

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2-O-CH2-CH2O

OH CH3

CH-CH2-O-CH2-CH2OH

CH3n

7.- Aditivos Los aditivos cumplen dos finalidades: proteger la superficie metálica y mejorar las propiedades del aceite base. Los aditivos se clasifican atendiendo a la función que realizan en los siguientes tipos: 7.1.- Agentes antiespumantes:

Los más usadas son polidimetilsiloxanos, hidrocarburos perfluorados y derivados acetilénicos. -O-Si(Me)2-O-Si(Me)2-O-Si(Me)2-O-

Tema 14.- Lubricantes 5

C C CC CH2-CH3

OH

CH3

OH

CH3

H2CH3C FO

F

F F

F F

F F

F

n

F F

F F

OH

n'

7.2.- Antioxidantes Ditiofosfatos de Zn:

PR1O

R2O

S

SZn

S

SP

OR1

OR2 Son los más usados para aplicaciones a T>93 °C. Los grupos R1, R2 pueden ser restos alquilo o arilo. Para R= 2-etilhexilo; Tdescompos. = 189 °C. Para R= propilo; Tdescompos. = 130 °C. Son aptos para casi todas las bases. Compuestos fenólicos: 2,6-ditercbutil-p-cresol

OH

Me

C(Me)3(Me)3C

Esteres de azufre: utilizados en vehículos de gasolina

COOR[(Me)2CHCH2]nSy

Aminas aromáticas: Ar2NH 7.3.- Inhibidores de la corrosión

CH3-(CH2)n-CH2-N H

H

H3

PO4-3

7.4.- Dispersantes-Detergentes

CHCH2RCHCHCO

CH2CON(CH2CH2NH)nCH2CH2NH2

R=C60-100 alquil

También se emplean alquilbencenosulfonatos que neutralizan lo ácidos de la combustión (efecto de limpieza). 7.5.- Mejoradores del índice de viscosidad

CH2=C(CH3)-COOC12H25

CH2=C(Me)2COOC12H25

Me

-CH2-C-CH2-C(Me)2n

Tema 14.- Lubricantes 6

7.6.- Depresores del punto de congelación (o punto de flujo)

RR

OH

R

RR

R

R = cadena alquílica larga 7.7.- Mejoradores de la lubricación Aminas grasas y ditionato de Zn