INTRODUCCION

Toda máquina se desgasta por el tiempo, por el funcionamiento y

por múltiples agentes contaminantes a los que se ve expuesta. Sin

embargo, la vida útil de un equipo puede ser alargada por alguna forma

de mantenimiento: correctivo, preventivo, predictivo o proactivo. De la

misma manera que los fluidos corporales son valiosos indicadores de las

condiciones de los organismos vivos, las maquinarias tienen en los

lubricantes precisa información acerca del estado de la amplia gama de

piezas lubricadas.

Por las múltiples funciones que ejerce (lubricación, refrigeración,

limpieza, protección contra agentes corrosivos) y por el acceso a los

puntos más íntimos de una máquina, el lubricante constituye un “trazador”

de extrema confianza; un análisis de las innumerables “impresiones”

recogidas - elementos de contaminación, desgaste y/o oxidación,

transformaciones fisicoquímicas – traducen, en manos experimentadas,

las verdaderas condiciones de los componentes de los sistemas

lubricados. De esta manera, el análisis de aceite usado es una

herramienta de mantenimiento proactivo cuyos resultados van desde la

economía en el consumo del fluido (mayor tiempo de utilización en

servicio) hasta la toma de decisión de la oportunidad de una intervención

1

correctiva evitando grandes perjuicios económicos debido a fallas

severas.

CAPITULO I

MARCO TEORICO

1.1 CONCEPTOS GENERALES

1.1.1 Lubricante.

Son sustancias sólidas, semisólidas o líquidas de origen animal,

vegetal, mineral o sintético, que pueden utilizarse para reducir el

rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento.

Como lubricantes sólidos podemos citar el grafito o el bisulfuro de

molibdeno. Se utilizan principalmente en aquellas condiciones en donde

los lubricantes líquidos son incompatibles ó de difícil aplicación (trabajo a

muy bajas presiones, altas temperaturas, piezas lubricadas de por vida,

etc...). El ejemplo más común de lubricante líquido, son los aceites

ampliamente utilizados en automoción y muchas aplicaciones industriales

(turbinas, compresores, etc.) Las grasas, en las que un aceite líquido es

retenido por un agente espesante, son los lubricantes semisólidos más

conocidos y empleados.

1.1.2 Lubricación.

La lubricación es la acción para reducir el rozamiento y sus efectos

en superficies conexas con movimientos que les puedan ocasionar algún

2

tipo de maquinado (debido a los movimientos sincronizados de una pieza

respecto de la otra), al interponer entre las superficies una sustancia

lubricante, por ello logra formarse e interponerse una capa de lubricante

capaz de soportar o ayudar a soportar la carga (presión generada) en las

superficies por imposibilitar el contacto directo. Es conveniente señalar

que el lubricante no elimina totalmente el rozamiento, aunque sí lo

disminuye notablemente. Esta disminución del rozamiento es la definición

de lubricación. El rozamiento por contacto directo entre las superficies es

sustituido por otro rozamiento interno mucho menor, entre las moléculas

del lubricante. Este rozamiento interno es lo que llamamos viscosidad

1.1.3 Importancia de una buena lubricación.

Una adecuada lubricación permite un funcionamiento continuo y

suave de los equipos mecánicos, con un ligero desgaste, y sin excesivo

estrés o ataque a las partes móviles. Cuando falla la lubricación, los

metales y otros materiales pueden rozar y destruirse unos a los otros,

causando daños irreparables, calor y fallo general.

Si dos superficies metálicas secas, están en contacto bajo presión y

se mueven en una dirección hacia la otra, ocasiona una fricción excesiva,

calentamiento y desgaste. Si un fluido se establece entre ambas

superficies de contacto, de tal manera que no se toquen los metales,

entonces las pérdidas por fricción antes mencionadas son despreciables.

3

Figura 1. Estado de capa de lubricante entre dos superficies

Fuente: www.nebrija.es

1.1.4 Funciones de los Lubricantes.

Los lubricantes no solamente disminuyen el rozamiento entre los

materiales, sino que también desempeñan otras importantes misiones

para asegurar un correcto funcionamiento de la maquinaria,

manteniéndola en estas condiciones durante mucho tiempo. Entre estas

otras funciones, cabe destacar las siguientes:

Refrigerante, el aceite contribuye a mantener el equilibrio térmico

de la máquina, disipando el calor que se produce en la misma

como consecuencia de frotamientos, combustión, etc.

Eliminador de impurezas, puesto que en las máquinas y equipos

lubricados se producen impurezas de todo tipo; algunas por el

propio proceso de funcionamiento, partículas procedentes de

desgaste o corrosión y contaminaciones exteriores (polvo, agua,

etc.). El lubricante debe eliminar por circulación estas impurezas,

4

siendo capaz de mantenerlas en suspensión en su seno y llevarlas

hasta los elementos filtrantes apropiados.

Sellante, el lubricante tiene la misión de hacer estancas aquellas

zonas en donde puedan existir fugas de otros líquidos o gases que

contaminan el aceite y reducen el rendimiento del motor.

Anticorrosivo y antidesgaste, los lubricantes tienen propiedades

anticorrosivas y reductoras de la fricción y el desgaste naturales,

que pueden incrementarse con aditivos específicos para preservar

de la corrosión diversos tipos de metales y aleaciones que

conforman las piezas y estructuras de equipos o elementos

mecánicos.

Transmisor de energía, es una función típica de los fluidos

hidráulicos en los que el lubricante además de las funciones

anteriores, transmite energía de un punto a otro del sistema.

1.2 COMPOSICIÓN DE LOS ACEITES LUBRICANTES.

Los lubricantes se componen de aceites base y una serie de aditivos

modificadores de las propiedades de estos aceites. Los aceites base

pueden provenir del refino del petróleo o bien de reacciones

petroquímicas. Los primeros son los denominados aceites minerales y los

segundos son conocidos como aceites sintéticos.

5

En la manufactura del aceite lubricante, el crudo es primeramente

destilado o fraccionado, eliminando los hidrocarburos más volátiles, tales

como la gasolina, kerosén y el aceite combustible destilado, quedando las

fracciones de aceite más pesadas de las que se obtienen los aceites

lubricantes o usando refinamiento con solventes, tratamiento ácido,

filtración, desencerado y fraccionamiento adicional, los constituyentes

indeseables son eliminados, dejando solamente aquellos hidrocarburos

que no son perjudiciales, sino por el contrario son deseables para llenar

los requisitos que exige la lubricación de algunas clases particulares de

motores. Diferentes tipos y grados de lubricantes son necesarios para

satisfacer la gran variedad de condiciones que existen.

1.2.1 Aceite vegetal y animal.

Las bases lubricantes vegetales y animales poseen tasas de

biodegradación bien altas, por lo que estas bases lubricantes son

utilizadas para producir "aceites verdes" o aceites más biodegradables

que el aceite mineral. Estos aceites combinados con los aditivos correctos

pueden ser biodegradables y no tóxicos.

Estos aceites se agregan a las superficies por lubricar un poco

mejor que los aceites minerales, pero influyen negativamente ocurren

cambios químicos por lo que existe un sobrecalentamiento, se queman y

generan una goma semejante al barniz, siendo por lo tanto inaceptables

6

para lubricación de motores. Para la mayoría de los motores se deberán

emplear lubricantes minerales refinados en forma apropiada.

1.2.2 Aceite mineral

El aceite mineral es una mezcla de cientos de hidrocarburos

diferentes, teniendo cada uno de ellos propiedades individuales.

Únicamente ciertos hidrocarburos son aceptables como constituyentes de

los aceites lubricantes.

Después de un refinamiento adecuado para eliminar constituyentes

indeseables, el lubricante puede ser clasificado generalmente como

nafténico o parafínico. Cada clase obtiene sus ventajas individuales y y en

consecuencia es una es más aceptada que la otra para ciertas

condiciones de funcionamiento. Los lubricantes de bases nafténicas se

evaporan en una forma muy limpia de las paredes del cilindro y del área

de los anillos después de haber lubricado el motor, dejan solamente una

pequeña cantidad de carbón, evitándose de este modo el atascamiento

de los anillos. Los lubricantes de base parafínica no se espesan tanto

como los otros a bajas temperaturas si se han refinado apropiadamente,

siendo admisibles para motores que poseen que efectuar el arranque en

tiempo frío.

7

1.2.3 Aceite sintético.

Las bases lubricantes sintéticas son producidas de acuerdo a

procesos especiales (distintos a la refinación) para efectuar funciones

específicas, lo cual les confiere una mayor uniformidad en sus

propiedades. Estos aceites son la solución para trabajos en condiciones

extremas (temperaturas muy altas o muy bajas). Las principales ventajas

del uso de bases sintéticas comparadas con las bases minerales son:

amplio rango de temperaturas de operación, mayor resistencia a la

oxidación, ahorro de energía, mantenimiento con menor frecuencia,

menor uso de aditivos y más fácil degradación.

Los aceites sintéticos proveen aproximadamente cuatro veces el

tiempo de operación del mejor aceite mineral, mientras que su costo es

aproximadamente cinco veces mayor, su uso se basa más en la idea de

preservar la maquinaria que en ahorrar dinero.

1.2.4 Aditivos.

Pequeños porcentajes de diferentes materiales solubles en aceites

se agregan a éstos, de tal manera que les importan características que no

se obtienen por el proceso de refinamiento. A esos materiales se les

denomina comúnmente aditivos y constan varios tipos, tal como se

describe en la tabla 1. Los aceites usados para lubricar los motores de

combustión interna pueden contener uno o más de los diversos tipos de

8

aditivos, dependiendo del diseño de la máquina y de las condiciones de

funcionamiento.

9

PROPOSITO TIPOS DE COMPUESTOS USADOS RAZONES DE SU USO MECANISMO DE ACCION

Anti-oxidantes

o inhibidores de

oxidación

Compuestos orgánicos que contienen azufre,

fosforo o nitrógeno, tales como aminos

orgánicos, sulfuros, hidroxisulfuros, fenoles. Con

frecuencia se incorporan metales como el

estaño, el zinc o el bario

Para evitar las acumulaciones de

barniz y cienos sobre las partes del

motor. Para evitar la corrosión de los

cojinetes aleados

Disminuye la cantidad de oxigeno absorbido por el aceite,

reduciéndose así, la formación de cuerpos ácidos. El aditivo

generalmente se oxida con preferencia al aceite.

Anti-corrosivos,

preventivos de

corrosión o

anticataliticos

Compuestos orgánicos que contienen azufre

activo, fosforo o nitrógeno, tales como los

sulfuros organices, fosfitos, sales metálicas de

ácido tío fosfórico y ceras sulfuradas.

Para evitar que fallen los cojinetes

aleados por la acción corrosiva. Para

evitar el ataque corrosivo en otras

superficies metálicas.

Inhibe la oxidación de tal manera que no se tomen cuerpos

ácidos, o permite que se forme una película protectora sobre

los cojinetes u otras superficies metálicas. La formación

química de una película sobre las superficies metálicas

disminuye la oxidación catalítica del aceite.

Detergentes Compuestos metalo-organicos tales como

fosfatos, fenolatos, alcoholatos. Jabones de alto

peso molecular que contienen metales como el

magnesio, el bario o el estaño.

Para mantener limpias las

superficies del motor y para evitar

depósitos de cientos de todos los

tipos.

Por reacción química o dirección de la oxidación se evita que

los productos de oxidación solubles en aceite lleguen a ser

insolubles y se depositen en las diversas partes del motor.

Dispersantes Compuestos metalo-organicos tales como

naftenatos o sulfonatos. Sales orgánicas que

contienen metales como calcio, cobalto, y

estroncio.

Para que la formación potencial de

cienos se mantenga soluble y en

suspensión, evitando que se

deposite en las partes del motor.

La aglomeración de hollín del combustible y de productos

insolubles de la descomposición dl aceite, se evita cuando se

convierten a un estado finalmente dividido. En forma coloidal,

las partículas contaminantes permanecen suspendidas en el

10

aceite.

Agentes de

presión

extrema

Compuestos fosforados como el fosfato tricresil,

compuestos halogenados. Jabones de plomo

Para evitar desgaste innecesario de

las partes móviles, así como rayado

o escoreado

Por reacción química de forma la película sobre las

superficies metálicas, la cual evita la soldadura o agarre

cuando se rompe la película de aceite lubricante.

Preventivos del

mono

Aminos, aceites grasos y ciertos ácidos grasosos

derivados halogenados de ciertos ácidos

grasosos Sulforados.

Para evitar herrumbre en los motores

nuevos y reparados, durante su

almacenamiento o embarque.

Mejor bañado de las superficies metálicas mediante una

mayor capacidad de adherencia.

Depresores del

punto de

congelación

Productos de condensación de alto peso

molecular, tales como fenoles condensados con

cera clorinada. Polímeros de metaclato.

Para disminuir el punto de fluidez de

los aceites lubricantes

Los cristales de cera en el aceite se cubren para evitar su

crecimiento y la absorción del aceite a temperaturas

reducidas.

Mejorantes del

índice de

viscosidad

Olefinas polimerizadas o iso -olefinas.

Butipolimeros, esteres de celulosa, caucho

hidrogenado.

Para disminuir la razón de cambio de

la viscosidad con la temperatura.

Los mejorantes se afectan menos que el aceite debido al

cambio de temperatura. Aumentan su viscosidad a 210 ºF, en

mayor proporción que a 100 ºF.

Inhibidores de

espuma

Silicones. Para evitar la formación de espuma

estable.

Hace posible que la espuma se rompa rápidamente y

desaparezca.

Tabla 1. Aditivos generalmente usados en los aceites lubricantes

11

Los lubricantes comerciales son aceites bases (productos

derivados del petróleo o sintéticos) formulados con aditivos diferentes

(mostrados en la tabla 1), que son comercializados como un solo producto

llamado "paquete". Una vista resumida de estos aditivos teniendo en

cuenta su función podríamos verlos detalladamente en la tabla 2.

Tabla 2. Funciones de los aditivos usados en lubricantes

ADITIVOS FUNCION

Antioxidante Aumenta la vida del lubricante

Anticorrosivo Previene diferentes tipos de corrosión

Anti desgaste Reduce el desgaste bajo condiciones de carga y

temperaturas moderadas

Agente de Extrema

presión

Actúa como anti desgaste bajo condiciones de altas

temperaturas y cargas

Detergente /

Dispersante

Mantiene la limpieza del motor

Antiespumante Minimiza la formación de espumas

Mejorador del Índice

de Viscosidad

Mejora las características Viscosidad - Temperatura

Depresor del punto

de Fluidez

Mantiene la fluidez del aceite

Modificación de

fricción

Disminuye el coeficiente de fricción

Fuente: De Vita Yiovanina, Universidad de los Andes, Venezuela

12

1.3 PROPIEDADES DE LOS ACEITES LUBRICANTES

1.3.1. Índice de viscosidad.

La relación que existe entre la viscosidad y la temperatura de un

aceite es conocida como índice de viscosidad (LV.). Al establecer la

escala para medir el índice de viscosidad se le dio un valor de 100 al

índice de un aceite altamente parafínico y cero a un aceite altamente

nafténico. Un aceite de bajo LV tiene un cambio más grande de

viscosidad con la temperatura que un aceite de alto LV la escala del

índice de viscosidad es muy sensitiva, por lo que pequeños errores en la

viscosidad provocan variaciones muy grandes en el valor del LV.

El índice de viscosidad es de importancia cuando el arranque se

efectúa en clima frío. Por ejemplo, de dos aceites SAE-20, ambos con la

misma viscosidad a 210°F, uno de ellos teniendo un LV de cero tendría la

suficiente fluidez para poder arrancar hasta con 23 ° F. como mínimo,

mientras que el otro aceite, con un LV de 100, sería satisfactorio hasta

10°F. Bajo las condiciones de funcionamiento el índice de viscosidad es

de poco significado, puesto que existen otros dos factores de mayor

importancia que el LV, primero: en un motor, todos los aceites tienden a

conservar la misma viscosidad; aceites que tienen inicialmente mayor

viscosidad desarrollan mayor fricción, trabajan a mayor temperatura y su

viscosidad se reduce a un valor menor. Segundo: los aceites tenderán a

13

hacerse delgados cuando aumente la temperatura o con el aumento de

presión, sin embargo, se espesan de tal manera, que cuando los aceites

se encuentran bajo presiones críticas en un motor, los de menor LV

pueden ser los más viscosos.

La variación de la viscosidad cinemática de un aceite, con la

temperatura es de tipo logarítmica, de modo que en una gráfica adecuada

se puede representar mediante una recta.

Figura 2. Relación de la viscosidad con la temperatura

Fuente: Catalogo Shell Company

El índice de viscosidad de un aceite puede elevarse incorporando

aditivos clasificados como mejoradores del índice de viscosidad.

14

1.3.2. Punto de fluidez.

La temperatura a la cual el aceite escasamente fluye bajo

condiciones de prueba controlada, se llama punto de fluidez. Esta prueba

combinada con la viscosidad determina si un aceite es aceptable para un

funcionamiento en clima frío. El punto de fluidez de un aceite puede

bajarse agregando materiales que se llaman depresores del punto de

fluidez.

1.3.3. Residuo de carbono.

La prueba del residuo de carbono determina la cantidad de

carbono que permanece después de la evaporación de la parte volátil de

un aceite, cuando éste es sometido a calentamiento sin estar en contacto

con el aire, desplazando a éste del recipiente que contiene el aceite, por

medio de vapor de escape. Esta prueba es una indicación de la volatilidad

de un aceite y es la medida de la cantidad de componentes pesados que

en lugar de evaporarse cuando se calientan, permanecen en el fondo.

1.3.4. Resistencia a la oxidación.

Cuando un aceite está sujeto a altas temperaturas en presencia de

aire, se forman productos de oxidación que son perjudiciales. La habilidad

de un aceite para resistir la oxidación bajo ciertas condiciones se

determina calentando el aceite, usualmente entre 300-500°F, algunas

veces pasando aire a través del aceite y estando presentes cobre o hierro

15

como catalizadores. El valor de tales pruebas es problemático, puesto que

bajo ciertas condiciones, el comportamiento del aceite es diferente del

comportamiento bajo otras condiciones. En servicio real, el aceite está

sujeto a una gran variedad de condiciones oxidantes y por lo tanto,

ninguna prueba bajo las condiciones prescriptas puede relacionarse muy

bien con el servicio real.

1.3.5. Resistencia a la corrosión.

Para determinar si un aceite corroe el metal de que está hecho un

cojinete se exponen probetas de dicho metal al aceite por unas horas; el

aceite es agitado y generalmente mantenido a una temperatura alrededor

de 350°F. Si bajo estas condiciones no se aprecian pérdidas de peso en

la probeta podrá decirse que este lubricante no será corrosivo cuando

esté en servicio. Sin embargo, puede haber alguna corrosión en las

pruebas de laboratorio y el aceite puede o no causar corrosión en el

servicio real, dependiendo esto de la severidad de las condiciones de

funcionamiento. Las pruebas de corrosión MacCoull son las más usadas

actualmente. La tabla 3 compara las características de corrosión de un

aceite mineral puro y un aceite mineral con aditivos para el servicio

pesado.

16

Tabla 3. Resultados de una prueba de corrosión Maccoul

Fuente: Operación de motores diésel de dos combustibles y de gas, 1960.

1.3.6. Detergencia.

La detergencia relacionada a los aceites para motores es la

característica que evita el depósito inicial de productos de la combustión

del combustible y de los aceites oxidados en motores nuevos o limpios.

En motores sucios, la detergencia ejerce una limpieza o acción disolvente

sobre los residuos viejos que se han acumulado en el motor evitando que

se formen nuevamente. Muchos ensayos han sido hechos para encontrar

un método simple para evaluar la capacidad detergente de un aceite. Sin

embargo, la prueba real con un motor es la más adecuada para medir

estas características.

1.3.7. Dispersión

17

La dispersión puede ser definida como la característica de un

aceite para motor que hace los depósitos insolubles finamente divididos

que resultan de la combustión y la oxidación del aceite, se mantengan en

estado de suspensión por todo el aceite. En un aceite con pobre calidad

de dispersión ocurre la aglomeración o precipitación de esos productos,

formándose una notable cantidad de depósitos sobre las partes del motor.

Varias pruebas han sido desarrolladas para medir esta propiedad en el

laboratorio. En una de esas pruebas, partes iguales del aceite que se está

probando y de kerosén se mezclan con un gramo de carbono negro,

dejándolos así durante cinco minutos decantando una tercera parte del

contenido. Una parte de esta porción decantada se diluye con once partes

de kerosén sometiéndola posteriormente a vibración. El valor de la

dispersión que dé la prueba, se determina por la comparación visual de

esta última mezcla con una serie de graduaciones standard, las cuales ya

han sido preparadas agregándose varias cantidades de carbono negro a

la mezcla aceite-kerosén. En esta prueba, la propiedad de dispersión de

un aceite es determinada por su habilidad para mantener al carbono en

suspensión, a pesar de que existe una fuerte acción centrífuga.

De la tabla 4 puede obtenerse cierta idea de las capacidades relativas de

dispersión para varios aceites. Mientras más alto sea el número, mayor

será la característica de dispersión del aceite.

18

Tabla 4. Valores de dispersión del aceite usado.

Tipo de aceite Valor de dispersión

Aceite destilado mineral

sin aditivos 0

Aceite residual mineral

sin aditivos 8-12

Aceite residual mineral

+ inhibidor de oxidación 8-12

Aceite residual mineral

sin aditivos + inhibidor

de oxidación +

dispersante

14-12

Fuente: Operación de motores diesel de dos combustibles y de gas, 1960.

1.3.8. Estabilidad de la espuma

Todos los aceites forman espuma cuando son agitados. La espuma

que se produce en un aceite mineral sin aditivos desaparece rápidamente.

La espuma formada por aceites con aditivos detergentes o dispersantes

19

es mucho más estable y en lugar de desaparecer rápidamente se forma

más. La formación de espuma en aceites con aditivos puede evitarse

incluyendo un agente antiespumante.

Se han desarrollado pruebas de espuma, las cuales simplemente

requieren que se agite el aceite suficientemente, de tal manera que se

forme una gran cantidad de espuma y luego se anota el tiempo que se

requiere para que desaparezca esta espuma.

1.3.9. Características de presión extrema

Para determinar la habilidad de un aceite como lubricante bajo

condiciones de alta presión extrema, varias pruebas de la resistencia de

la película han sido desarrolladas. En el motor de Prueba Almen por

ejemplo, una carga gradual es aplicada a la .mitad superior del casquillo

de acero blando en el cual un eje de acero gira a una velocidad de 600

R.P.M. El casquillo está sumergido en el aceite por probar. Cuando la

carga llega a romper la película de aceite y causa falla, el árbol que se

usa para la prueba se suelda a los dos casquillos el pico por cizalleo. El

valor de la carga aplicada y que ha causado dicha falla se lee,

reportándose como el valor Almen para ese lubricante. En esta prueba,

todos los aceites minerales tienen un valor aproximadamente de 4.000

libras/pulg2, mientras que los aceites que contienen agentes de presión

extrema pueden resistir más de 10.000 libras/pulg2. Aunque se han

20

desarrollado muchos motores de prueba y de pruebas de presión

extrema, una considerable experiencia de laboratorio ha demostrado que

existe poca o ninguna relación entre ellas.

1.3.10. Reacción con el agua

La habilidad de un nuevo aceite para separarse del agua se

mide por la agitación de una mezcla formada de partes iguales de agua y

aceite, anotando el tiempo requerido que necesita dicha separación. Esta

prueba es de cierto valor cuando se sabe que el agua puede introducirse

a los tanques de almacenamiento de aceite. Después de que el aceite ha

pasado por la operación en el motor, la tendencia de su emulsificación

depende de la cantidad de carbono y otros contaminantes presentes que

a veces tienen alguna relación con la demulsibilidad inicial del aceite.

Muchos aditivos detergentes y dispersantes usados en el aceite a veces

reaccionan con el agua. Tales aditivos absorben pequeñas cantidades de

agua pero se separan del aceite si está presente una gran cantidad de

agua. La eliminación del aditivo por el agua puede medirse si se mezclan

cantidades iguales de agua y aceite, sometiendo dicha mezcla a una

centrifugación, determinando después de esta operación y por medio de

análisis la pérdida de aditivo que ha sufrido el aceite. El efecto del agua

en aceites detergentes puede causar dificultades cuando la alimentación

21

del aceite se lleva a cabo a través de lubricadores mecánicos llenos con

líquido y de ciertos tipos de filtros. Se han perfeccionado soluciones

especiales para resolver el problema de los lubricadores.

Figura 3. Reacción del aceite con el agua

Fuente: www.google.com.pe

1.3.11. Homogeneidad

Para determinar si el aditivo es estable, los aceites para servicio

pesado se calientan desde abajo de su punto de fluidez hasta que

alcancen una temperatura de 250°F. No debe existir separación del

aditivo, usualmente indicada por un enturbiamiento del aceite.

22

1.3.12. Compatibilidad

Existen varias pruebas de laboratorio para medir la compatibilidad

de los aceites. En una prueba simple en que intervienen dos aceites con

aditivos, se mezclan éstos en volúmenes iguales y se agitan. Cualquier

enturbiamiento de la mezcla es evidencia de separación del aditivo o

incompatibilidad. Los resultados de las pruebas de compatibilidad de

laboratorio, no pueden usarse para predecir el comportamiento de

mezclas de aceites como lubricantes de motores. Una pequeña variación

de la concentración del aditivo en cualquier aceite puede provocar una

diferencia notable en el funcionamiento del motor. Si deben mezclarse los

aceites, resultaría complicado predecir o controlar los efectos de los

diferentes aditivos o aceites base.

1.4 CLASIFICACION DE LOS ACEITES PARA MOTOR.

Existen una gran cantidad de normas técnicas que clasifican los aceites

lubricantes según sus propiedades y tipo de servicio para el que son aptos.

Las principales son API, JASO, ACEA y SAE. Las tres primeras tienen en

cuenta el ámbito geográfico en que el aceite se producirá o comercializará,

mientras que la última los diferencia por su viscosidad.

El API (American Petroleum Institute) es una organización que agrupa a

los elaboradores de productos derivados del petróleo en los Estados Unidos,

y desarrolló una gran cantidad de ensayos para diferenciar los tipos de aceite

23

por su uso real y cotidiano en los motores. Considera que cada motor tiene

condiciones particulares de funcionamiento conforme a su diseño, y clasifica

a los aceites de acuerdo a su capacidad para satisfacer diversas exigencias.

Similares criterios conforman las normas ACEA (Asociación de

Constructores Europeos Asociados) y JASO (Japanese Automotive

Standards Organization) para las zonas de influencia Europea y Japonesa

respectivamente.

Cada una de ellas tiene diferentes denominaciones y códigos para los

tipos de aceite sobre los que no vamos a profundizar, conforme a sus

características estrictamente técnicas. El resto del mundo adopta unas u

otras dependiendo de su cercanía geográfica, características productivas y/o

afinidad comercial.

Por su parte, la clasificación SAE (Society of Automotive Engineers)

permite diferenciar claramente los aceites lubricantes por una sola propiedad:

su viscosidad.

Existen también normativas de fabricantes de motores (General Motors,

Ford, Mercedes Benz, etc.) que a modo de homologación definen estándares

de aptitud para uso en sus productos, pero por razones obvias son menos

conocidas y utilizadas por el mercado en general. En el presente trabajo

detallaremos la clasificación SAE y API, pero antes detallaremos la

clasificación del aceite por origen de la base lubricante.

1.4.1 Clasificación del aceite por origen de la base lubricante.

24

Se visualiza en la figura siguiente:

Figura 4. Formulación de Lubricantes

Fuente: Universidad del CEMA, Buenos Aires Argentina

1.4.2 Clasificación de Viscosidad SAE.

La Society of Automotive Engineers (SAE) (Sociedad de Ingenieros

Automotrices) clasifica a los aceites para motor según diez grados de

viscosidad. La clasificación más reciente, SAE J300 SEP80, fue aprobada

en septiembre de 1980. Después de un período de uso opcional de

dieciocho meses, reemplazó totalmente la anterior SAE J300d en marzo

de 1982.

Los grados W se basan en la viscosidad máxima a baja

temperatura y en una temperatura límite de bombeo máxima, como así

mismo en una viscosidad mínima a 100°C. Los aceites sin la letra W se

basan únicamente en la viscosidad a 100°C. Un aceite multigrado es un

25

aceite cuya viscosidad a baja temperatura y cuya temperatura límite de

bombeo satisfacen los requisitos para uno de los grados W y cuya

viscosidad a 100°C se encuentra dentro del rango prescrito para un grado

superior que no sea W.

Como cada grado W se define sobre la base de una viscosidad

máxima y de una temperatura límite de bombeo máxima, es posible que

un aceite satisfaga los requisitos de más de un grado W. Un aceite de

grado W o un aceite multigrado deben llevar un rótulo que indique

únicamente el grado W más bajo que satisface. Así entonces, un aceite

que cumpla los requisitos para los grados SAE 10W, 15W, 20W, 25W y

30, debe ser designado únicamente como un grado SAE10W-30. No

obstante, un aceite que anteriormente era considerado monogrado, pero

que ahora pueda responder a una viscosidad de grado W a baja

temperatura, debería llamarse de preferencia SAE 40.

26

Tabla 5. Propiedad de los aceites según SAE.

GRADO DE VISCOSIDAD

SAE

TEMPERATURAMINIMA DE

UTILIZACION

TEMPERATURA

LIMITE DE BOMBEO

VISCOSIDAD A 100ºC

(ºC) (ºC) MIN MAX

0W -30 -35 3.8 -

5W -25 -30 3.8 -

10W -20 -25 4.1 -

15W -15 -20 5.6 -

20W -10 -15 5.6 -

25W -5 -10 9.3 -

20 5.6 <9.3

30 9.3 <12.5

40 12.5 <16.3

50 16.3 <21.9

Fuente: Benavente, 1999

Los aceites multigrado son lubricantes de alto índice de viscosidad

y experimentan una menor variación de la viscosidad con !a temperatura

que !os aceites monogrado. Esto hace posible que a bajas temperaturas

respondan a la clasificación de algún grado de invierno pero que por otra

parte, a altas temperaturas respondan a las de un grado de verano. Así

27

por ejemplo, como se indica en el gráfico, un aceite multigrado SAE 15W-

40 tendrá un comportamiento similar al de un monogrado SAE 15W a

bajas temperaturas y al de un monogrado SAE 40 a altas temperaturas.

Figura 5. Comparación de un aceite multigrado con un monogrado

Fuente: Centro técnico SHELL

1.4.3 Clasificación API de servicio en motores.

El sistema de clasificación del American Petroleum Institute (API).

(Instituto Americano del Petróleo) describe los aceites para motor en

términos simples destinados a ayudar al personal de ventas en la tarea de

rotular los aceites en forma significativa, ayudar a los fabricantes de

equipos a recomendar los aceites apropiados y ayudar a los

consumidores a elegirlos.

28

En 1947, más o menos la época en que se empezó a hacer uso

generalizado de los aditivos inhibidores -detergentes, API introdujo su

primera clasificación de los aceites para motor en Regular Type (tipo

normal), Premium Type (tipo especial) y Heavy Duty Type (tipo para

trabajo pesado). Este sistema, más bien vago, no reconoció los diferentes

requerimientos de los motores a gasolina y diesel.

En 1952(seguido de modificaciones en 1955y 1960) API introdujo

otro sistema de clasificación de servicio en motores con categorías de

servicio ML (liviano), MM (mediano) y MS (severo) para aceites para

motores a gasolina y DG (liviano), DM (mediano) y DS (severo) para

aceites para motores diesel. Aun cuando este sistema constituyó una gran

mejora, se hizo evidente que se necesitaba un sistema más flexible y

mejor definido.

En 1969-70 API estableció, en cooperación con la American

Society for Testing and Materials (ASTM) (Sociedad Americana para

Ensayos y Materiales) y la Society of Automotive Engineers (SAE), una

nueva clasificación de servicio en motores de los aceites para motor.

ASTM definió los métodos de pruebas y los objetivos funcionales. API

desarrolló las designaciones de los servicios mediante letras y el lenguaje

del “usuario.” SAE combinó la información, recopilándola en forma de una

29

"práctica recomendada por SAE" en el Manual SAE, para uso de los

consumidores.

Este informe se llama "Engine Oil Performance and Engine Oil

Classification (Funcionamiento de aceites de motor y clasificación de

aceites de motor) - SAE J183 FEB80”.

Esta clasificación API de servicio en motores, actualmente en uso,

está dividida en una serie “S”, que abarca los aceites para motor

generalmente vendidos en las estaciones de servicio para uso en

automóviles de pasajeros y camiones livianos (principalmente motores a

gasolina), y en una serie "C" para aceites destinados al uso en vehículos

comerciales, agrícolas, de faenas de construcción y para uso fuera de

carretera (principalmente motores diésel). Un aceite puede responder a

más de una sola clasificación. Con la excepción de una clase de "aceite

mineral puro” todas las demás clases se definen por pruebas de motor y

objetivos específicos. Lamentablemente no se pueden seguir efectuando

todas las pruebas para motores a gasolina, de manera que la

comprobación de la calidad para algunas de las categorías más antiguas

(en caso de ser necesaria) tiene que basarse ya sea en datos anteriores o

bien en datos razonablemente equivalentes.

El sistema API completo está descrito en el API Bulletin 1509,

octava edición (revisada en 1980), "Engine Service Classification and

30

Guide to Crankcase Oil Selection" ("Clasificación de servicio de motores y

guía para la selección de aceites de cárter"). En la tabla 6 se puede

apreciar la evolución de la clasificación API de los aceites para motores a

gasolina:

Tabla 6. Nivel de calidad de aceites para motores (API)

Fuente: Benavente, 1999

En cuanto a los aceites para motores diesel, la nomenclatura utiliza

la letra "C" de la palabra inglesa compresión por tratarse de aceites para

motores cuyo principio de ignición es por compresión y una letra en serie

alfabética que representa la Evolución del nivel de calidad.

En la figura 6 se muestra una comparación entre las clasificaciones

ISO y SAE están basadas en la medición de viscosidades a distintas

31

temperaturas de referencia, (40ºC y 100ºC respectivamente). Entonces

para poder establecer una correlación, es necesario presuponer un cierto

índice de viscosidad. Así por ejemplo el siguiente cuadro comparativo

está basado en un IV= 95. La clasificación AGMA corresponde a la

desarrollada por la Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes

Figura 6. Comparación de las clasificaciones SAE y otras

Fuente: Centro técnico SHELL

1.5 MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

1.5.1 Definición.

Se denomina MCI al conjunto de elementos mecánicos que

organizados en mecanismos transforman la energía térmica en energía

32

mecánica mediante la combustión de una mezcla de aire y carburante que

se quema internamente generando un trabajo mecánico.

1.5.2 Clasificación.

Dada la amplia gama de motores de combustión interna que se

encuentran hoy en día en el mercado industrial amerita agruparlos en una

clasificación principal y en otra secundaria.

1.5.2.1 Clasificación Principal.

En este tipo de clasificación se toma como referencia el sistema

de encendido, el ciclo y el movimiento del pistón:

Por la forma de iniciar la combustión: Motores Otto (por

explosión) y Motores Diésel (por compresión).

Por el Ciclo de Trabajo: Motores de cuatro tiempos y Motores

de dos tiempos.

Por el movimiento del pistón: Motores de pistón alternativo y

Motores de pistón rotativo.

1.5.2.2 Clasificación Secundaria.

De las referencias principales se deriva la siguiente

clasificación:

Según la disposición y numero de cilindros: En Línea; de 2,

3, 4, 5, 6,7, 8, 9, 10, 11 y 12 cilindros; En V de 2, 4, 8, 12 y 16

33

cilindros; Radial (en estrella) de 2, 3, 5, 7, 9, 11, y , 12

cilindros; En Oposición (Horizontales) de 2,4 y 6 cilindros; De

Pistones opuestos; En W; En X; En U: con 1 cigüeñal y con

dos cigüeñales; En H.

Según el sistema de admisión del combustible: Motores de

carburación y Motores de inyección.

Según su aplicación: Motores estacionarios (grupos

electrógenos, generadores de aire comprimido, etc) y Motores

no estacionarios o de transporte (de pasajeros, de carga y

especiales).

Según la complejidad de su construcción: Motores

convencionales, Motores Electrónicos y Motores híbridos

34

Figura 7. Clasificación de MCI según la disposición de sus pistones I

Fuente: Motores de Combustión Interna, A. C. Orlina

35

Figura 8. Clasificación de MCI según la disposición de sus pistones II

Fuente: Motores de Combustión Interna, A. C. Orlina

1.5.3 Componentes Principales de los MCI.

1.5.3.1 Bloque del Motor.

El Bloque del Motor, Bloque de Cilindros, o Monoblock, es el

principal miembro de soporte del motor, está provisto de fuertes

nervaduras que aumentan su rigidez. Casi todos los demás componentes

36

están, conectados o soportados por el monoblock. Los pistones, bielas y

el cigüeñal trabajan dentro del monoblock. El monoblock contiene los

cilindros, los pasajes internos para el refrigerante y el aceite, y las

superficies de montaje para fijar los accesorios del motor, tales como el

filtro del aceite y la bomba del refrigerante. Está provisto de enganches

para fijar el motor a las estructuras de sujeción (suspensión moto-

propulsor), por lo tanto debe soportar, además de los esfuerzos internos

de las bielas, cigüeñal y pistones, también la fuerza aplicada a los

soportes y estructura. La culata, o cabeza de cilindros, está montada

sobre la parte superior del monoblock, y el cárter está montado sobre el

fondo del bloque.

1.5.3.2 Culata.

La culata es el elemento donde se montan las válvulas,

asientos de válvula, guías, etc. y que, junto con el pistón y la camisa

cilindro, delimita la cámara donde se producen las fases del ciclo

termodinámico. Todos los motores actuales de tracción poseen una culata

separada, que se monta con una junta encima del grupo cilindros

mediante unos espárragos y tuercas (o tornillos) oportunamente

dispuestos para asegurar la estanquidad entre culata y grupo cilindros e

impedir deformaciones por calor o presión. En los motores de los

vehículos la culata es una sola pieza que corresponde con la de los

37

cilindros. Por lo tanto los motores con cilindros en línea tienen una sola

culata y los motores en V o con cilindros opuestos, dos. En el caso de los

grandes motores para vehículos industriales, cada cilindro tiene su propia

culata (culata para cilindro).

La culata es de fundición de hierro o de aleación de aluminio; el

aluminio tiene la ventaja de ser ligero y más fácil de refrigerar gracias a su

elevado coeficiente de transmisión de calor.

1.5.3.3 Camisa Cilindro.

Algunos diseños de motores utilizan camisas de cilindros. Una

camisa de cilindro es un cilindro de acero endurecido que se inserta en el

monoblock. No todos los bloques de motor requieren camisas. Las

camisas son hechas de un material duro para contener la combustión

dentro de los cilindros y reducir el desgaste producido por el movimiento

de los anillos del pistón.

1.5.3.4 Carter.

Es el elemento que protege la parte inferior del motor a la vez

que sirve de depósito del lubricante. El cárter del monoblock soporta el

cigüeñal y los cojinetes principales. El fondo del monoblock forma la parte

superior del cárter. El depósito del aceite que se fija al fondo del

monoblock forma la parte inferior del cárter. El cárter del monoblock

incluye varias superficies de soporte para el cigüeñal. El número de

38

soportes varía dependiendo de la longitud del cigüeñal y de la disposición

de los cilindros. Por ejemplo, un motor de cuatro cilindros generalmente

tiene cinco de estas superficies de soporte. El cigüeñal se monta en

metales de cojinete de inserción que se instalan en las superficies de

soporte y se fija con tapas de cojinetes. Los soportes tienen pasajes de

aceite que lubrican el cigüeñal a medida que gira contra los metales de

cojinete. Estos pasajes se alinean con los orificios de aceite en los

metales de cojinete. El monoblock incluye una ranura para el sello de

aceite principal trasero que impide que el aceite se fugue por la parte

posterior del cigüeñal. El término “principal” se refiere a cojinetes, sellos y

otros herrajes de montaje que se utilizan en el cigüeñal. Dicho término

“principal” distingue a estas piezas de montaje de otras piezas de montaje

que se conectan al cigüeñal, tales como los metales de las bielas.

1.5.3.5 Cigüeñal.

El cigüeñal es uno de los componentes más importantes del

motor; mediante las bielas, transforma el movimiento alterno de los

pistones en movimiento rotatorio, que se transmite después a las ruedas,

a través de una serie de órganos vinculados al mismo. El cigüeñal se

monta en el monoblock en soportes en forma de “U” que se funden en el

conjunto del monoblock. Las tapas, llamadas tapas de cojinetes

principales, se atornillan sobre los soportes para fijar el cigüeñal sobre el

39

bloque. Entre el cigüeñal y sus superficies de montaje se tienen metales

de cojinete que sostienen y detienen el cigüeñal y le permiten girar.

El cigüeñal soporta las fuerzas de los impulsos producidos por

las carreras de explosión en los pistones. El cigüeñal generalmente se

fabrica de hierro fundido pesado y de alta resistencia. Los cigüeñales

hechos para aplicaciones de alto rendimiento o de servicio pesado

generalmente se fabrican de acero forjado. Algunos cigüeñales incluyen

contrapesos fundidos en posición opuesta a los muñones de las bielas del

cigüeñal. Los contrapesos permiten equilibrar el cigüeñal e impedir las

vibraciones durante la rotación a alta velocidad.

1.5.3.6 Volante.

El volante de inercia sirve para regularizar el giro del motor.

Cada explosión significa un impulso en el cigüeñal, que le proporciona

giro y este no es continuo. Por este motivo colocamos una grande masa

equilibrada en el extremo del cigüeñal, que almacene o acumule una gran

cantidad de inercia (energía cinética), que se irá liberando en función de

la energía que le mande el motor, para cubrir el resto de ciclos nulos de

éste. El tamaño y masa del volante de inercia, va en función del número

de cilindros, de la cilindrada y de la relación de compresión. El volante de

inercia se fabrica en fundición gris perlítica, y adicionalmente participa en

el conjunto de mecanismos o sistemas de transmisión y arranque.

40

1.5.3.7 Biela.

Es el elemento mecánico que une el pistón con el codo del

cigüeñal, y está sometido a esfuerzos de compresión y flexión, por su

movimiento lineal y rotativo a la vez.

1.5.3.8 Pistón.

El pistón es el encargado de transformar la energía térmica

desarrollada en el interior del cilindro en energía mecánica, recibiendo

directamente la fuerza de expansión de los gases durante la combustión.

El pistón se considera como la parte móvil de la cámara de combustión

formada por la camisa cilindro y la culata. Las funciones de un pistón son

las siguientes:

Transmitir a la biela los esfuerzos producidos durante la

expansión.

Guía el pie de la biela.

Impide que los gases quemados de la cámara de combustión

puedan filtrarse por la superficie lateral de acoplamiento entre

pistón y camisa cilindro.

El pistón debe resistir la carga, debida a las altas presiones, las

temperaturas elevadas de la combustión, el calor que en parte se

41

transmite a través de las paredes del cilindro, al agua o al aire

refrigerante, y el desgaste por fricción contra las paredes. La articulación

entre pistón y biela es un perno o bulón que atraviesa el pistón en

correspondencia de dos orificios situados en la superficie del cuerpo.

1.5.3.9 Anillos.

Los segmentos o anillos tienen la misión de evitar el paso de los

gases, entre la cámara de combustión y el cárter motor, así como evitar el

paso de aceite de la parte inferior del motor a la cámara de compresión.

Adicionalmente los aros reducen el rozamiento y transmiten el calor

contenido en el pistón a las paredes del cilindro. Los segmentos, cuando

no están montados en el pistón, tienen un diámetro exterior mayor del

diámetro interior de la camisa cilindro donde se montan y tienen un corte,

generalmente vertical y de algún milímetro de anchura. Este corte le da al

segmento una cierta elasticidad, que permite que su diámetro exterior

aumente o disminuya. Cuando los segmentos están montados, ejercen

contra la pared del cilindro una presión uniforme en toda su

circunferencia, suficiente para asegurar la estanquidad de los gases.

42

Figura 9. Componentes Principales del Motor.

Fuente: Curso Motores. Escuela San Francisco, Leon, España

43

1.5.4 Motor a Volumen Constante – Otto.

También llamado motor de explosión o motor de encendido

provocado (MEP). Consume generalmente una mezcla gaseosa, la cual

puede ser de aire – gasolina, aire – gas licuado de petróleo (GLP) o aire –

gas natural vehicular (GNV o metano) que se prepara en el exterior de la

cámara de combustión. La mezcla se inflama por una chispa eléctrica que

proporciona un sistema eléctrico externo.

Soporta presiones moderadas, por lo que sus componentes son

ligeros y pueden alcanzar un alto número de revoluciones. Consiguen su

potencia máxima entre 5000 y 7000 revoluciones por minuto (rpm).

Su volumen unitario oscila entre 250 y 500 cm3 por cilindro, por lo

que su aplicación se adapta para la propulsión de vehículos livianos,

como automóviles, camionetas y motocicletas.

1.5.5 Motor a Presión Constante – Diésel

También llamado motor de encendido por compresión (MEC).

Consume combustibles pesados como el gasóleo. La mezcla se realiza

en el interior de la cámara de combustión, y se inflama al inyectar el

combustible sobre el aire calentado por la fuerte compresión.

44

Las presiones que se producen son muy elevadas y sus

componentes han de ser robustos y pesados por lo que el número de

revoluciones queda limitado.

1.5.6 Aplicación de los MCI.

Los MCI en los últimos años han tenido una importante aplicación

en el sector transporte e industrial. En buen porcentaje en nuestro medio,

en el sector transporte, dado que en el Perú el medio de transporte es

vehicular y no eléctrico (Trenes subterráneos, Trolebuses, etc.) como en

los países desarrollados. Su aplicación se visualiza en la figura siguiente:

Figura 10. Aplicación de los motores de combustión interna

Fuente: Curso MCI, Ing.A. Pari P.

45

CAPITULO II

PROBLEMÁTICA DE LOS ACEITES USADOS

2.1 ANTECEDENTES.

Cualquier lubricante en servicio o almacenado va a degradarse con el

tiempo, dependiendo del tipo de aceite, las condiciones de operación y el

ambiente. Cuando el aceite se deteriora, cambia su composición y sus

propiedades funcionales (físico-químicas). Durante el proceso de

degradación se forman una serie de productos no deseados, los cuales

pueden conducir a la formación de depósitos de barniz. El proceso de

degradación va a derivar en costosas consecuencias para la maquinaria

tales como corrosión, válvulas atascadas, barnices, etc.

2.2 DEGRADACIÓN DE LOS ACEITES LUBRICANTES.

Los aceites lubricantes sufren una descomposición luego de cumplir

con su ciclo de operación y por esto es necesario reemplazarlos. El

46

proceso de degradación del aceite es un problema común tanto en

sistemas de lubricación como hidráulicos. Las principales causas de la

degradación del aceite son la oxidación (oxígeno), hidrólisis (agua) y

degradación térmica (altas temperaturas). En muchos casos es una

combinación de los tres procesos.

Tabla 7. Causas de Degradación del Aceite Lubricante.

Fuente. C.C.Jensen, Filtros

La degradación del aceite puede llevar a:

Formación de compuestos ácidos. Los ácidos producen corrosión

(por ejemplo, pitting) lo cual aumenta el desgaste en las superficies

internas de las máquinas.

Aumento de la viscosidad del aceite. La resistencia del aceite a fluir

va a aumentar, lo cual va a dar como resultado fricción, desgaste y

disminución de la eficiencia del equipo.

Disminución de la función de los aditivos. Los aditivos

(antioxidantes y detergentes) también reaccionan con los productos

47

intermedios de degradación. El resultado es la pérdida del efecto de

los aditivos y consecuentemente el proceso de degradación se

acelera.

Formación de barniz. Los barnices son capas pastosas que van a

atrapar a los contaminantes duros creando una superficie como de

“papel de lija”. Esta superficie acelera el desgaste de los

componentes. Así pues, el barniz puede dar como resultado filtros

obstruidos, válvulas bloqueadas y orificios taponados. Además estos

barnices actúan como aislantes, reduciendo el efecto de los

intercambiadores de calor, lo cual va a originar altas temperaturas y

aumento de la velocidad de reacción. Una vez formados estos

depósitos en las superficies metálicas, es muy difícil disolverlos.

2.3 FACTORES DE DETERIORO.

En condiciones ideales de funcionamiento no habría necesidad de

cambiar un aceite lubricante, la base lubricante no se gasta, se contamina

y los aditivos son los que soportan las críticas condiciones de

funcionamiento.

La naturaleza de las partículas extrañas que contaminan el lubricante

varía de acuerdo con el tipo de trabajo del mecanismo. Diversos factores

48

como la temperatura y el estado son los factores más influyentes para el

deterioro del aceite.

Los lubricantes derivados del petróleo son hidrocarburos, éstos se

descomponen cuando están sometidos a altas temperaturas, esto hace

que el aceite se oxide o se polimerice. Un aceite descompuesto de esta

manera puede presentar productos solubles o insolubles, los productos

solubles, por lo general, son ácidos que forman emulsiones estables en

presencia de agua y que atacan químicamente las superficies metálicas,

principalmente cuando son de plomo o de cobre-plomo, si la

concentración de estos ácidos aumenta considerablemente no pueden ser

inhibidos por los aditivos antioxidantes y anticorrosivos, formando lodos

que dan lugar a los productos insolubles. Si estos productos no se

eliminan del aceite pueden deteriorar las superficies metálicas que

lubrican o taponan las tuberías de conducción del mismo.

La oxidación y la polimerización depende en mayor grado del tipo de

base lubricante de que esté compuesto el aceite y del grado de

refinamiento que posea, aunque es posible evitar que ocurran mediante la

utilización de aditivos antioxidantes.

A temperatura ambiente el aceite puede mostrar algún grado de

deterioro, el cual no incide apreciablemente en su duración, a

temperaturas menores de 50ºC la velocidad de oxidación es bastante baja

49

como para no ser factor determinante en la vida del aceite. Mientras más

baja sea la temperatura de operación, menores serán las posibilidades de

deterioro.

2.3.1 Degradación Térmica.

Degradación térmica es el proceso de descomposición del aceite

por medio del calor (altas temperaturas). Normalmente, la degradación

térmica tiene lugar en puntos del sistema con altas temperaturas.

También pueden resultar polímeros y compuestos insolubles, los cuales

pueden conducir a la formación de barniz tal y como sucede en el proceso

de oxidación.

2.3.2 Oxidación.

Oxidación es el proceso de descomposición del aceite con el

oxígeno como reactivo. El proceso de oxidación implica una serie de

reacciones que originan compuestos ácidos y polímeros. El proceso de la

oxidación conduce a productos insolubles (resinas), los cuales pueden

precipitar formando una película fina, formando barnices o lacas en

superficies metálicas frías o calientes.

2.3.3 Hidrólisis.

50

Hidrólisis es el proceso de descomposición del aceite con el agua

como reactivo. Al igual que en el proceso de oxidación, el proceso de

hidrólisis también puede llevar a la formación de compuestos ácidos y

barniz. Los productos de la oxidación tales como hidroperóxidos, ácidos

carboxílicos, cetonas, aldehídos, etc, son en general solubles en agua y

consecuentemente pueden acelerar el proceso de hidrólisis.

2.3.4 Agotamiento de Aditivos.

Los aditivos se incorporan al lubricante para mejorar sus

características en tales áreas como estabilidad a la oxidación, lubricidad,

antidesgaste, antiherrumbre, características a presión extrema y

propiedades de detergencia y dispersancia. Los compuestos que imparten

estas propiedades van siendo gradualmente "usados" durante el

desarrollo de sus respectivas funciones.

Muchos de estos aditivos contienen un elemento inorgánico, como

un metal, azufre, fósforo, nitrógeno, etc. Hay varios métodos analíticos

disponibles para determinar cuantitativamente estos elementos pero al

parecer el agotamiento de aditivos es difícil de evaluar con las actuales

técnicas. Los únicos métodos confiables para medir este factor son

ensayos de comportamiento del aceite usado. Esto determinará la

posibilidad de protección en categorías, tales como, resistencia a la

51

oxidación, protección a la herrumbre y corrosión de descansos,

dispersancia, etc.

2.3.5 Combustibles.

Se encuentran en los aceites debido a su paso hacia la cámara de

combustión y de esta hasta el cárter, al interactuar con el aceite

ocasionan una dilución del mismo.

2.3.6 Sólidos y Otros.

Se deben principalmente a empaques y sellos en mal estado,

permitiendo que contaminantes del medio entren al aceite. Otros

contaminantes menos frecuentes aunque igualmente perjudiciales son:

tierra y partículas metálicas provenientes del desgaste de las piezas,

hollín y subproductos de la combustión de combustibles líquidos.

2.4 CONSECUENCIAS DE LA DEGRADACIÓN.

Las consecuencias de la degradación del aceite lubricante son:

Disminución de la vida del aceite. Aumento del nivel de

degradación del aceite. Productos de la degradación actúan como

catalizadores. Reducción de la función de los aditivos.

Reducción de la función del aceite. Pérdida de lubricidad. Fallos en

las válvulas. Restricción del flujo del aceite.

52

Reducción de la productividad. Síndrome del lunes por la mañana:

lenta puesta en marcha. Aumento de los tiempos de parada.

Reducción del rendimiento de las máquinas.

Mayor energía consumida. Fricción y desgaste.

Aumento de los costes de mantenimiento. Aumento de la

frecuencia de cambio de filtros. Aumento de desgaste en los

componentes. Corrosión acídica en los componentes metálicos. Fallo

de los componentes. Limpieza de los depósitos resultantes de la

oxidación.

Consecuencias de la polución medioambiental. Mayores costes

por el cambio del aceite y filtros. Fugas.

2.5 CARACTERIZACIÓN DE ACEITES USADOS.

Las pruebas establecidas para aceites se pueden dividir en dos

clases:

La primera de ellas agrupa a todas aquellas que evalúan las

características físicas o químicas del lubricante tales como

viscosidad, índice de viscosidad, color, componentes, gravedad

específica, etc.

53

La segunda clase de ensayos sirve para evaluar las cualidades del

lubricante en operación, observando y midiendo los efectos

producidos en el motor durante un tiempo programado de prueba.

La caracterización consiste en medir las propiedades más

representativas que tienen los aceites lubricantes. Es importante conocer

la naturaleza y extensión del grado de contaminación o deterioro de dicho

lubricante. La caracterización se puede tomar como una medida o patrón

de calidad de un aceite lubricante, para determinar la factibilidad del

nuevo uso o para diagnosticar defectos en el rendimiento y

funcionamiento del motor de un vehículo. Los análisis de caracterización

implican y ayudan a juzgar la eficiencia del proceso de regeneración

escogido.

Las propiedades susceptibles a ser medidas en un proceso de

caracterización de un aceite usado están estipuladas y regidas por las

normas ASTM, las propiedades y las normas que rigen su uso se

muestran en la Tabla 8.

Tabla 8. Propiedades medidas en un proceso de caracterización de

aceites usados y las normas que rigen su empleo.

54

Fuente: Recuperación de aceites lubricantes para automotores a partir de

aceites usados y desechados, utilizando procesos físico-químicos. Jairo

Antonio Ramírez, Director: Jorge Ovidio Ríos. Tesis de grado Universidad de

Antioquia, 1994.

La presencia de los diversos metales presentes en el interior del

aceite usado es determinada usando absorción atómica. La presencia de

cenizas es un indicativo de la cantidad de aditivos presentes en el aceite

usado, un alto porcentaje de éstas implica una alta concentración de

detergentes.

Para lograr un análisis efectivo de los aceites usados es necesario

tomar una muestra representativa del aceite que se quiere analizar, por

esto no se recomienda tomar las muestras del sistema de drenado del

55

Viscosidad a 40 y 100º C Norma ASTM D88

Punto de chispa Norma ASTM D92

Punto de encendido Norma ASTM D88

Contenido de agua Norma ASTM D95

Contenido de cenizas sulfatadas Norma ASTM D874

Densidad Norma ASTM D287

Acidez y basicidad Norma C13. 46/83

TBN Norma ASTM 2896 IP 276

Índice de viscosidad Norma C.13 33/79

Índice de refracción Norma ASTM D1218

Sedimento metálicos Norma ASTM D1796-97

% Carbón Conradson Norma ASTM D189

motor. Si es necesario tomar la muestra del drenado esta se debe hacer

cuando el aceite está caliente y tomando la muestra de un punto

intermedio en el drenado. Las muestras deben ser consistentes, tanto en

el sitio donde se toman como en el tiempo de vida que llevan en el interior

de la maquinaria y se deben tomar cuando el aceite está a la temperatura

de operación, preferiblemente mediante el uso de una bomba de vacío. El

aceite muestreado se debe mantener aislado del ambiente después de

tomar la muestra para evitar la contaminación externa, las técnicas de

análisis del aceite buscan las partículas presentes en el aceite, si estas

contienen agentes externos dicha muestra no será representativa. Al

momento de tomar la muestra se deben limpiar las boquillas del motor

para evitar que los metales presentes en las boquillas entren en la

muestra y es necesario anotar todos los datos pertinentes a dicha

muestra como lo son: la fecha, la máquina de la que se tomó la muestra,

tiempo de uso del aceite y el sitio donde se realizó el muestreo.

2.6 PROBLEMÁTICA AMBIENTAL.

Todo residuo o desecho que pueda causar daño a la salud o al medio

ambiente es considerado como un residuo peligroso, fundamento por el

cual los gobiernos tienen la responsabilidad de promover la adopción de

medidas para reducir al máximo la generación de estos desechos, así

56

como establecer políticas y estrategias para que su manejo y eliminación

se ejecuten sin menoscabo del medio ambiente y se reduzcan sus

propiedades nocivas mediante técnicas apropiadas.

En el mundo han hecho su aparición en los últimos años, nuevos

procesos y tecnologías que permiten la reutilización o reciclaje de

residuos o desechos peligrosos, transformándolos en sustancias

susceptibles de ser utilizadas o aprovechadas ya sea como materia prima

o como energéticos. Por desconocimiento de procedimientos técnicos

para su adaptación, por ausencia de normatividad sobre su reutilización

industrial, por la carencia de estándares de consumo en calderas, hornos

y secadores y por el mercado negro existente con estos productos, se

presume que los manejos dados a los aceites usados y en general a este

tipo de energéticos alternativos, son inadecuados, no solo ambiental, sino

técnicamente. Estos procedimientos están generando la degradación del

medio ambiente por la gran cantidad de contaminantes, particularmente

aquellos asociados con contenidos de metales como arsénico, cadmio,

cromo, plomo y antimonio entre otros, que son emitidos a la atmósfera

durante el proceso de combustión. Estos compuestos químicos producen

un efecto directo sobre la salud humana y varios de ellos son

cancerígenos.

57

CAPITULO III

MARCO LEGAL

GESTIÓN DE LOS RESIDUOS PELIGROSOS EN EL PERÚ

3.1 RESIDUOS SÓLIDOS.

Los residuos sólidos se definen de la siguiente manera:

58

«Un residuo sólido, es toda sustancia u objeto que, una vez generado

por la actividad humana, no se considera útil o se tiene la intención u

obligación de deshacerse de él».

En el marco de la definición global de residuo, se tiene un sistema

que permite clasificar a los residuos de acuerdo a su peligrosidad y en

función a ello los residuos pueden ser:

o Residuos No peligrosos, aquellos que al manipularse no

representan riesgos a la salud y al ambiente.

o Residuos Peligrosos, aquellos que por sus características

intrínsecas representan riesgos a la salud y al ambiente.

3.2 RESIDUOS PELIGROSOS.

«Los residuos peligrosos, son elementos, sustancias, compuestos,

residuos o mezclas de ellos que, al finalizar su vida útil adquieren la

condición de residuos o desechos y que independientemente de su

estado físico, representan un riesgo para la salud o el ambiente, por sus

características corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables o

biológico-infecciosas».

Los residuos peligrosos pueden generarse en las diversas actividades

humanas, inclusive en el hogar, siendo los más diversos y que se generan

en mayor volumen los residuos químicos peligrosos.

59

En el caso de los residuos químicos peligrosos, son los

establecimientos industriales, comerciales y de servicios los que generan

los mayores volúmenes al desechar productos de consumo que contienen

materiales peligrosos, al eliminar envases contaminados con ellos, al

desperdiciar materiales peligrosos que se usan como insumos de

procesos productivos o al generar subproductos o desechos peligrosos no

deseados en dichos procesos. Asimismo, los residuos biológico-

infecciosos, se generan en mayor cantidad fuera de los establecimientos

médicos o laboratorios, por el gran número de desechos contaminados

que se genera por el tratamiento médico al que someten a los individuos

infectados o enfermos en sus hogares o en donde abandonen materiales

que hayan entrado en contacto con su sangre (o esputo en el caso de

individuos tuberculosos).

Es por las razones antes expuestas, que se hace esencial el

conocimiento acerca de la peligrosidad y riesgo en el manejo de los

residuos peligrosos de toda índole, así como saber qué medidas de

protección se pueden adoptar para prevenir o reducir dicho riesgo.

3.3 LEY GENERAL DE RESIDUOS SÓLIDOS. LEY Nº 27314.

Ley que establece derechos, obligaciones, atribuciones y

responsabilidades de la sociedad en su conjunto, para asegurar una

60

gestión y manejo de los residuos sólidos, sanitaria y ambientalmente

adecuada, con sujeción a los principios de minimización, prevención de

riesgos ambientales y protección de la salud y el bienestar de la persona

humana.

En su Art. 14 define a los residuos solidos como aquellas sustancias,

productos o subproductos en estado sólido o semisólido de los que su

generador dispone, o está obligado a disponer, en virtud de lo establecido

en la normatividad nacional o de los riesgos que causan a la salud y el

ambiente.

Por otro lado los residuos peligrosos son definidos en el Art.22 de la

misma ley de la siguiente manera: son residuos sólidos peligrosos

aquéllos que por sus características o el manejo al que son o van a ser

sometidos representan un riesgo significativo para la salud o el ambiente.

Sin perjuicio de lo establecido en las normas internacionales vigentes

para el país o las reglamentaciones nacionales específicas, se

considerarán peligrosos los que presenten por lo menos una de las

siguientes características: corrosividad, reactividad, explosividad,

toxicidad, inflamabilidad, radiactividad o patogenicidad

(biocontaminación). Dichas características de peligrosidad se resumen en

las siglas CRETIB.

61

3.4 REGLAMENTO DE LA LEY GENERAL DE RESIDUOS SÓLIDOS

D.S 057-2004-PCM.

El Reglamento de la Ley General de Residuos Sólidos D.S. N° 057-

2004/PCM, establece en el Art.27 pautas para calificar a un residuo como

residuo peligroso entre ellas:

La calificación de residuo peligroso se realizará de acuerdo a los

Anexos 4 y 5 del presente reglamento. El Ministerio de Salud, en

coordinación con el sector competente, y mediante resolución

ministerial, puede declarar como peligroso a otros residuos, cuando

presenten alguna de las características establecidas en el artículo 22

de la Ley o en el Anexo 6 de este Reglamento, o en su defecto

declararlo no peligroso, cuando el residuo no represente mayor riesgo

para la salud y el ambiente.

La DIGESA, Direccion General de Salud Ambiental, establecerá los

criterios, metodologías y guías técnicas para la clasificación de los

residuos peligrosos cuando no esté determinado en la norma indicada

en el numeral anterior.

Se consideran también, como residuos peligrosos; los Iodos de los

sistemas de tratamiento de agua para consumo humano o de aguas

residuales; u otros que tengan las condiciones establecidas en el

62

artículo anterior, salvo que el generador demuestre lo contrario con

los respectivos estudios técnicos que lo sustenten.

3.5 D.S 012-09-MINAM APRUEBAN POLÍTICA NACIONAL DEL

AMBIENTE.

La Política Nacional del Ambiente se presenta a la ciudadanía en

cumplimiento del mandato establecido en el artículo 67º de la Constitución

Política del Perú y en concordancia con la legislación que norma las

políticas públicas ambientales. Esta política es uno de los principales

instrumentos de gestión para el logro del desarrollo sostenible en el país y

ha sido elaborada tomando en cuenta la Declaración de Río sobre el

Medio Ambiente y Desarrollo, los Objetivos del Milenio formulados por la

Organización de las Naciones Unidas y los demás tratados y

declaraciones internacionales suscritos por el Estado Peruano en materia

ambiental.

En tal sentido, en base al proceso de integración de los aspectos

sociales, ambientales y económicos de las políticas públicas y la

satisfacción de las necesidades de las actuales y futuras generaciones, la

Política Nacional del Ambiente es un instrumento de cumplimiento

obligatorio, que orienta las actividades públicas y privadas. Asimismo,

esta política sirve de base para la formulación del Plan Nacional de

63

Acción Ambiental, la Agenda Nacional de Acción Ambiental y otros

instrumentos de gestión pública ambiental en el marco del Sistema

Nacional de Gestión Ambiental.

La Política Nacional del Ambiente considera los lineamientos de las

políticas públicas establecidos por la Ley N° 29158, Ley Orgánica del

Poder Ejecutivo y las disposiciones de la Ley N° 28611, Ley General del

Ambiente. Define los objetivos prioritarios, lineamientos, contenidos

principales y estándares nacionales de obligatorio cumplimiento.

Conforma la política general de gobierno en materia ambiental, la cual

enmarca las políticas sectoriales, regionales y locales.

3.6 CÓDIGO PENAL D.L. 635.

Art 304: El que, infringiendo leyes, reglamentos o límites máximos

permisibles provoque o realice descargas, emisiones, de gases tóxicos,

emisiones de ruido, filtraciones, vertimientos o radiaciones contaminantes

en la atmósfera, el suelo, el subsuelo, las aguas terrestres, marítimas o

subterráneas, que cause o pueda causar perjuicio, alteración o daño

grave al ambiente o sus componentes, la calidad ambiental o la salud

ambiental, según la calificación reglamentarias de la autoridad ambiental,

será reprimido con pena privativa de libertad no menor de 4 años ni mayor

de 6 años y con 100 a 600 días-multa. Si el agente actuó por culpa, la

64

pena será privativa de libertad no mayor de tres años o prestación de

servicio comunitario de cuarenta a ochenta jornadas.

Art 307: El que ingrese ilegalmente al territorio nacional, use emplee,

coloque, traslade o disponga sin la debida autorización, residuos o

desechos tóxicos o peligrosos para el ambiente, resultantes de un

proceso de producción, extradición, transformación, utilización o

consumo, será reprimido con pena privativa de libertad no menor de 4

años ni mayor de 6 años y con 300 a 400 días multas.

3.7 MINISTERIO DEL AMBIENTE.

El Ministerio del Ambiente es un ente ministerial creado el 13 de mayo

de 2008 mediante Decreto Legislativo N° 1013. Su función es la de ser

rector del sector ambiental, con la función de diseñar, establecer, ejecutar

y supervisar la política nacional y sectorial ambiental.

CAPITULO IV

RECUPERACION Y RECICLADO DE ACEITES USADOS

65

El aceite recuperado se debe emplear para condiciones de servicio

menos críticas que aquellas en las que estaba sometido inicialmente. Los

aceites usados que se generan en el mundo son manejadas en tres

formas principales: rerrefinadas (regeneración) en bases lubricantes para

su posterior uso, destiladas a combustible diesel y comerciadas como

combustible sin tratar (fueloil). La combustión de 1 litro de aceite usado

produce en promedio emisiones al aire de 800mg de zinc y 30mg de

plomo. La combustión de los aceites usados comparados con la

rerrefinación y la destilación genera en promedio 150 y 5 veces más

contaminación respectivamente. Antes de decidir cuál método se usara en

la recuperación de un aceite usado es necesario conocer la composición

química de dicho aceite (cuanto menor sea la calidad del aceite base en

el aceite usado mayor será el precio y dificultad de su tratamiento), ya que

el método de recuperación a elegir está íntimamente ligado a la

composición química de un aceite usado, en algunos casos el factor

decisivo es la disposición de infraestructuras adecuadas.

4.1 DESTILACIÓN.

El aceite se descarga en primera instancia en tanques de recepción, a

través de una serie de módulos se procede a la destilación del aceite

66

usado. Al comienzo del proceso se destila el aceite usado para remover

compuestos volátiles, agua y el destilado final es la separación de los

aceites pesados (destilado) de los contaminantes (fondos). El proceso de

destilación requiere suministro de materia (NAOH) y energía (electricidad

y gas natural). El producto de la destilación es un aceite diésel de alta

calidad (bajo en cenizas y contenido de azufre) y un subproducto de betún

asfaltico, que se comercializa para fabricar telas impermeabilizantes o

asfalto de carreteras.

4.2 COMBUSTIÓN.

Para el aprovechamiento energético de los aceites usados se pueden

seguir dos caminos diferentes en función de las instalaciones en las que

se va a realizar el mismo. El primer camino está destinado como

combustible en instalaciones con alta potencia térmica, altas

temperaturas, gran consumo de combustible y alta producción de gases.

El mayor ejemplo de esto son los hornos de clinker en las cementeras,

estos hornos queman el aceite usado y los contaminantes de éste

especialmente los metales quedan incorporados al cemento, aquellas

partículas que no lo hacen son retenidas por precipitadores

electrostáticos. El segundo camino es usado en la aplicación de

tratamientos físico-químicos más complejos con el fin de fabricar un

67

combustible que pueda tener un espectro de utilización más amplio en

instalaciones con menos potencia térmica o en motores de combustión y

calderas. Estos tratamientos deben incluir como mínimo la separación de

elementos volátiles y de metales pesados, así como agua y sólidos

(normalmente esto hace por destilación o por tratamiento con aditivos

floculantes).

El aceite se constituye en uno de los residuos con mayor potencial

para ser empleado como combustible por su elevada capacidad calorífica.

La transformación del aceite usado a energético requiere la aplicación de

un tratamiento tendiente a adecuar las condiciones del aceite a las

características propias del proceso de combustión, consistente

básicamente en la aplicación de dos etapas: adecuación del aceite usado

mediante procesos de filtración para retirar partículas gruesas y remoción

de partículas finas, mediante procesos de sedimentación y centrifugación.

Estas etapas involucran la adición de desemulsificantes, para el

rompimiento de las emulsiones formadas con el agua.

Los aceites usados contienen concentraciones de metales pesados,

sulfuros, fósforo y total de halógenos un poco más altas que las de los

petróleos crudos, por la baja calidad como combustible de los aceites

usados estos se mezclan con otros combustibles antes de su uso, con

esto los niveles específicos de contaminantes se disminuyen a los límites

68

aceptados. Desde el punto de vista global las emisiones netas por unidad

de combustible quemado son las mismas sin importar el grado de

dilución.

4.3 REGENERACION.

La regeneración de aceites usados es la operación mediante la cual

se obtienen de los aceites usados un nuevo aceite base comercializable.

Casi todos los aceites usados son regenerables aunque en la práctica la

dificultad y el costo hacen inviable la regeneración de aceites usados con

alto contenido de aceites vegetales, aceites sintéticos, agua y sólidos.

Un proceso de regeneración consta de tres fases:

Pretratamiento, esta fase consiste en eliminar una parte importante

de los contaminantes del aceite usado, como son: el agua, los

hidrocarburos ligeros, los lodos, las partículas gruesas, etc. Cada

proceso emplea un método determinado o incluso una combinación

de varios.

Regeneración, en esta fase se eliminan los aditivos, metales

pesados y fangos asfálticos. Éste punto es el paso principal de cada

método, cada uno de ellos obteniendo al final un aceite libre de

contaminantes con una fuerte coloración que lo hace inviable

69

comercialmente, por esto es necesario incluir una última etapa de

acabado.

Acabado; dependiendo del objetivo final del aceite dependerán los

métodos usados en esta etapa.

Dependiendo del proceso empleado pueden existir o no todas las

fases.

4.3.1 Proceso Convencional Acido-Arcilla.

La carga de lubricante usado es sometida a una evaporación de

aquellos productos ligeros como agua e hidrocarburos del rango de la

gasolina. Después de éste paso previo la carga se trata con ácido

sulfúrico obteniéndose un rendimiento de 85% aproximadamente en

relación con el producto tratado. El resto constituye un desecho aceitoso y

ácido. El producto obtenido después del tratamiento ácido es enviado a

filtración con arcilla y cal, para mejorar su color y su acidez. En éste

proceso de filtración se obtiene un desecho del 3 al 4 por ciento

constituido por una mezcla de aceite ácido y arcilla. En la siguiente etapa

el aceite se fracciona para separar destilados livianos del tipo gas-oil y así

obtener finalmente la base lubricante. El proceso tiene un rendimiento

global de 70% en peso.

4.3.2 Proceso Meinken.

70

Se trata de una tecnología que ya no se utiliza por cuestiones

económicas y por la problemática que generaba con el tratamiento de las

tierras ácidas. También conlleva problemas de corrosión interna y

problemas de vertido.

La carga de aceite usado es previamente deshidratada para

eliminar el agua existente y otros contaminantes de bajo punto de

ebullición. Posteriormente el aceite se pasa a través de una unidad de

craqueo térmico, la cual permite reducir los desechos, por el tope de esta

unidad se obtiene un destilado que unido al producto de la unidad de

vacío, formaran después de la re-destilación el “spindle oil”. El producto

de salida de la unidad de craqueo térmico se bombea a la unidad de

tratamiento ácido, en la cual se pone en contacto con el ácido sulfúrico,

obteniéndose de esta operación el aceite ácido, resultante del tratamiento

y un desecho ácido, el cual representa el 10.5% en peso en relación a la

carga. Este aceite ácido se lleva a la unidad de vacío donde se despoja

de la fracción de gas-oil y finalmente se trata en la unidad de filtración-

neutralización, donde se obtiene un básico de alta calidad.

El rendimiento de la planta es del 70% en peso con relación a la

carga sin contar un 12% de gas-oil obtenido como producto secundario, el

cual se utiliza como combustible.

71

Actualmente existen algunas refinerías que trabajan con tecnología

Meinken modificada, de manera que les permite, con la inclusión de

técnicas de destilación en película fina y de contacto, reducir la cantidad

de ácido sulfúrico hasta un 3% y la de tierras hasta un 3,5%. También,

algunas de ellas incluyen la hidrogenación.

Las ventajas principales de este proceso son el bajo coste de

inversión y mantenimiento, la posibilidad de tratar aceites usados de

calidad muy baja, y la flexibilidad y facilidad de manipulación del mismo.

4.3.3 Proceso Selecto Propano Acido-Arcilla.

Es una modificación del proceso ácido-arcilla convencional. En

éste proceso, se incluyen nuevas unidades con el objeto de disminuir el

consumo de ácido sulfúrico y por consiguiente la producción de desechos.

El rendimiento del proceso en relación con la carga es 79.5% en

peso y un 6% de gas oil, y el volumen de residuos se limita a un 5%.

4.3.4 Proceso Selecto Propano Hidroteminado.

Este proceso tiene como fin producir bases de alta calidad, sin

dejar desechos como el proceso selecto propano ácido-arcilla. La carga

de aceite usado, alimenta a la unidad de pretratamiento, para eliminar

agua e hidrocarburos livianos, esta carga pretratada, se bombea a la

unidad de selecto propano, en la cual se preparaba los destilados con

72

propiedades lubricantes y un residuo de hidrocarburos pesados, que

pueden usarse como combustible.

Los destilados obtenidos se bombean a la unidad de

hidrotratamiento, en donde son hidrogenados. Las bases hidrogenadas se

destilan en tres cortes, los cuales se filtran y almacenan. Las bases

obtenidas del tipo “spindle oil”, neutral y bright-stock representan un

83.2% en peso con relación a la carga, se obtiene además un 6% de gas

oil, 1.5% de gas combustible y un 5% de combustible pesado.

4.3.5 Proceso K.T.I.

El proceso K.T.I. (Kinetics Technology International), también

conocido como KTI Relub Technology, combina la destilación al vacío y el

tratamiento de hidrogenación para eliminar la mayoría de elementos

contaminantes del aceite usado. Consta de los siguientes pasos:

Pretratamiento y destilación al vacío: El aceite usado es

deshidratado y son eliminados parte de los hidrocarburos livianos,

subsiguientemente el aceite se envía a una torre de destilación al

vacío, donde se extraen los livianos remanentes por la cabeza y

contaminantes diversos por el fondo. Esto último es considerado de

suma importancia para minimizar el consumo de hidrógeno en el

hidrotratamiento posterior del aceite, la destilación al vacío produce

bases lubricantes en el rango deseado para su posterior

73

tratamiento. Un diseño especial de la torre permite la obtención de

altos rendimientos de destilado, con mínimo de arrastre de

compuestos asfálticos en los cortes, con el objeto de evitar el

envenenamiento prematuro y excesiva deposición de coque en el

catalizador de hidrogenación. Los productos livianos separados

pueden ser usados como combustibles. El fondo contiene metales,

productos de polimerización y materiales asfálticos, que se pueden

mezclar con residuos de refinería para la manufactura de asfalto

para pavimento.

Hidroterminado: Los aceites destilados en la fase anterior se

someten a un tratamiento de hidrogenación para eliminar los

compuestos sulfurosos, nitrogenados y oxigeno. Esta fase se

aprovecha, también, para mejorar el color y olor del aceite.

Fraccionamiento: El aceite hidrogenado se separa en distintas

fracciones de aceites de base según las especificaciones y

requerimientos del producto deseado.

74

Figura 11. Diagrama del Proceso K.T.I.

Fuente. Centro de Actividades Regionales para la Producción Limpia.

Barcelona.

4.3.6 Proceso BERC.

Tecnología desarrollada por Bartlesville Energy Research Center

en EUA, posteriormente redenominado National Institute of Petroleum and

Energy Research. El proceso es similar al KTI comentado anteriormente,

75

pero incorpora la variación de añadir un tratamiento con disolventes. Los

pasos básicos de este proceso son los siguientes:

Destilación atmosférica: fase de deshidratación a presión

atmosférica.

Destilación al vacío: eliminación de hidrocarburos ligeros.

Pretratamiento con disolventes: incorporación, en la proporción

de 3:1 de un disolventecompuesto por alcohol butílico, alcohol

isopropílico y metil etil cetona en la proporción 1:2:1 que conlleva la

extracción de compuestos que potencialmente pueden ensuciar los

productos resultantes.

Recuperación de los disolventes: mediante procesos de

sedimentación y/o centrifugación se separa la mezcla aceite usado-

disolvente de los metales pesados, aditivos y otros compuestos

que ensucian la mezcla. El disolvente se recupera para su

reutilización.

Destilación fraccionada: se consiguen distintas fracciones de

aceites de base.

Tratamiento de hidrogenación o tratamiento en tierras: se

consigue la eliminación de impurezas, mejorando así el color y olor

de los productos finales.

76

Esta tecnología permite obtener rendimientos entre el 75% y 85%

de aceites de base. Los residuos resultantes del proceso tienen

aplicaciones asfálticas, consiguiéndose mejoras económicas respecto a

las tecnologías basadas en tratamientos ácido/tierras.

Como inconvenientes más destacables se debe mencionar el

elevado coste energético que tiene la extracción con disolventes.

Figura 12. Diagrama del Proceso BERC.

Fuente. Centro de Actividades Regionales para la Producción Limpia.

Barcelona.

77

4.3.7 Proceso PROP.

Desarrollada por la compañía Phillips petroleum, incorpora una

fase de desmetalización química para eliminar los elementos

contaminantes de los aceites usados. Los pasos básicos de este proceso

son los siguientes:

Desmetalización: Da lugar a la disminución de los metales

pesados contenidos en los aceites mezclando el aceite usado con

una solución acuosa de fosfato diamónico, formándose

compuestos de fosfatos metálicos.

Separación de los fosfatos metálicos: Los fosfatos metálicos

formados en la fase anterior se eliminan por filtración.

Destilación al vacío: Se eliminan los hidrocarburos ligeros y el

agua.

Tratamiento en tierras y catalizador Ni / Mo: Se mezcla el aceite

con hidrógeno, pasándose por un lecho de tierras con el

catalizador de Ni / Mo

Hidrogenación: Durante esta fase se eliminan los compuestos

sulfurosos, oxigenados, clorados y nitrogenados, mejorándose así

el color del aceite resultante.

Como ventajas de esta tecnología se puede citar la alta calidad de

los aceites de base obtenidos, que contienen menos de 10 ppm de

78

metales, elementos sulfurosos y nitrogenados, producción de un 90% de

aceites de base y que la tecnología es altamente respetuosa con el medio

ambiente.

Los inconvenientes más importantes son el alto coste de la

inversión y que la fase de hidrogenación requiere un tratamiento

absorbente con tierras.

4.3.8 Extracción por Solvente.

Esta técnica es uno de los procesos más económicos y más

eficientes en la recuperación de aceites usados. Éste proceso reemplaza

el proceso de ácido-arcilla produciendo un lodo orgánico útil en lugar de

un lodo toxico. El proceso consiste en mezclar el aceite usado y el

solvente en proporciones adecuadas para asegurar una completa

miscibilidad de la base lubricante en el solvente. El solvente debe retener

los aditivos y las impurezas orgánicas que normalmente se encuentran en

los aceites usados, estas impurezas floculan y sedimentan por acción de

la gravedad. Al final se recupera el solvente por destilación para

propósitos de reciclaje.

Éste proceso es capaz de remover entre 10-14% del aceite usado

como contaminante, lo cual corresponde a la cantidad de aditivos e

impurezas que normalmente se encuentran en el aceite usado. La etapa

más crítica en el diseño de éste proceso es desarrollar el tipo apropiado

79

de solvente, los parámetros de extracción y la relación de solvente: aceite.

El sistema debe tener la capacidad de separar el máximo posible de lodos

del aceite usado y al mismo tiempo perder la mínima cantidad de base

lubricante en los lodos.

El aceite usado se guarda en un tanque con fondo cónico para

permitir la sedimentación de partículas grandes, se deja en el tanque por

3 días para homogenizarlo. Una mezcla de aceite usado y solvente (se

recomienda usar: 2-propanol, MEK o 1-butanol) se agita a 275rpm

durante 15 minutos, estas condiciones aseguran un mezclado adecuado.

La mezcla se deja sedimentar por 24 horas, después de esto se lavan los

lodos usando 2-propanol y n-hexano, éste proceso de lavado remueve un

95% del aceite intersticial presente en los lodos. Siguiendo el proceso de

lavado los lodos se llevan al horno por 5 minutos a 100º C para evaporar

el exceso de solventes. Las pérdidas del aceite se calculan como el peso

de los lodos húmedos antes de lavarlos menos el peso de los lodos secos

sobre el peso del aceite adicionado en la mezcla.

4.4 DESTRUCCION TÉRMICA

Esta solución se usa cuando no es posible ni la regeneración, ni la

combustión de los aceites usados, debido a la presencia de

contaminantes tóxicos en el aceite usado. La estabilidad de estos

80

compuestos y la dificultad de su eliminación hacen inviable otros

procedimientos. La presencia de PCBs (Polychlorinated Biphenyls o

bifeniles policlorados) en el aceite en concentraciones superiores a

50ppm se debe eliminar por éste método.

CAPITULO V

ANÁLISIS DE ACEITE USADO EN

MOTORES DE COMBUSTION INTERNA

5.1 INTRODUCCIÓN.

En el mantenimiento predictivo de MCI, una de las herramientas más

importantes para predecir fallos la constituye el Análisis del Aceite, que

suministra numerosa información utilizable como sintomatología para

diagnosticar el desgaste interno del motor y el estado del lubricante. En

este capítulo se expondrán algunos de los diferentes métodos y técnicas

de análisis del aceite que más se utilizan en la actualidad. Se hará

especial mención de los métodos rápidos y de bajo costo tales como la

mancha, la medición de la constante dieléctrica, la crepitación del aceite,

81

etc. Que desde el punto de vista práctico y económico es conveniente que

sean utilizados por Jefes de Taller y personal de mantenimiento. Se hará

además referencia a los síntomas del motor que se pueden detectar con

los diferentes análisis y se fijarán pautas para su evaluación.

Por ser el motor de combustión interna alternativo una máquina

compleja, no es posible el seguimiento de su estado con el monitorizado

de uno o pocos síntomas como sucede con otras máquinas; el análisis del

aceite representa la técnica que brinda más posibilidades como

herramienta potente para el mantenimiento predictivo de motores, ya que

permite conocer no solo su propio estado sino además, el funcionamiento

de los diferentes sistemas e incluso el desgaste progresivo del motor.

5.2 EL ANALISIS DE ACEITE.

El aceite se puede utilizar con fines de diagnóstico ya que en

cumplimiento de una de sus funciones, es el medio de evacuación de

todas las impurezas que recoge o se forman en el. El análisis del aceite

usado consiste en tomar muestras cada cierto periodo de tiempo de

funcionamiento del motor, generalmente coincidiendo con el cambio de

aceite, y posteriormente evaluarlas para determinar tanto el estado del

motor como el del lubricante El estado del motor se detecta

principalmente estableciendo el grado de contaminación del aceite debido

82

a la presencia de partículas de desgaste o sustancias ajenas a este. El

estado del aceite se detecta determinando la degradación que ha sufrido,

es decir, la pérdida de capacidad de lubricar causada por una variación de

sus propiedades físicas y químicas y de las de sus aditivos.

El Análisis de Aceite es un conjunto de procedimientos y mediciones

aplicadas al aceite usado en las máquinas y equipos, que facilitan el

control del estado del lubricante, del estado de los componentes, de la

operación del equipo.

El objetivo primordial y final es suministrar información para:

Tomar acciones preventivas

Buscar la reducción de los costos de operación y mantenimiento

Preservar el estado de las máquinas en su ciclo óptimo

Extraer el mayor valor de los lubricantes.

La contaminación del aceite se puede determinar cuantificando en

una muestra del lubricante, el contenido de:

Partículas metálicas de desgaste

Combustible

Agua

Materias carbonosas

Insolubles

83

La degradación se puede evaluar midiendo las siguientes

propiedades del aceite:

Viscosidad

Detergencia

Basicidad

Constante dieléctrica

Es conveniente hacer notar que la contaminación y la degradación no

son fenómenos independientes, ya que la contaminación es causante de

degradación y esta última puede propiciar un aumento de la

contaminación.

5.3 TOMA DE LA MUESTRA.

Un análisis exitoso de aceites depende de un muestreo adecuado.

Para tomar una buena muestra de aceite se debe considerar lo

siguiente:

Usar equipamiento de muestreo adecuado, bomba de vacío o

vampiro, mangueras, frascos de muestreo, etiquetas.

Asegurar la limpieza del frasco de muestreo.

Utilizar técnicas y frecuencias de muestreo uniformes (Períodos

similares)

84

Minimizar la contaminación debida al manejo inadecuado de la

muestra.

Una vez tomada la muestra debe ser enviada inmediatamente al

laboratorio.

Lo que NO se debe hacer en cuanto al muestreo:

Tomar muestras desde puntos en los que no hay circulación del

fluido.

Tomar muestras después de los filtros o separadores.

Tomar una muestra cuando el equipo está frío o cuando no ha estado

operando o en modo de ralentí.

Lo que se recomienda hacer al muestrear:

Tomar muestras desde puntos con movimiento del fluido.

Tomar muestras desde zonas turbulentas tales como codos.

Tomar muestras desde puntos posteriores a rodamientos, engranajes,

bombas y cilindros.

Tomar muestras cuando el aceite está caliente (a temperatura de

operación) o ha estado en circulación.

Tomar muestras antes de filtros o separadores (a menos que se

quiera verificar la eficiencia de ellos).

85

Identificar siempre las muestras utilizando la misma nomenclatura, es

decir, no identificar un mismo equipo muestreado periódicamente,

utilizando un nombre diferente en cada oportunidad.

Para los MCI, los puntos donde se puede tomar la muestra de aceite

son el punto de medición del nivel del lubricante usando una bomba de

vacío; y a través del cárter. La cantidad mínima requerida en el laboratorio

para un análisis normal debe ser de 150, si se requieren pruebas

adicionales como de espuma por ejemplo, el envase debe ser de 500 ml.

Figura 13. Kit de Muestreo de Aceite Usado.

Fuente. ExxonMobil.

Los pasos para la toma de muestra en MCI se muestra en la siguiente

figura:

86

Figura 14-1. Pasos para la toma de la muestra de aceite.

Fuente. ExxonMobil.

87

Figura 14-2. Pasos para la toma de la muestra de aceite.

Fuente. ExxonMobil.

5.4 TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE ACEITE.

Se han desarrollado diversos métodos y técnicas de análisis del

aceite para fines de diagnóstico y predicción de averías en motores, a

continuación se hará referencia a las más utilizadas.

88

5.4.1 Para identificar y cuantificar el contenido de partículas de

desgaste.

Existe una amplia gama de procedimientos empleados con esta

finalidad, de los cuales se considerarán solo los siguientes:

5.4.1.1 Espectometria.

La espectrometría suministra un análisis cuantitativo elemental

de las partículas de desgaste presentes en el lubricante; para esta

finalidad se utilizan dos tipos de espectrómetros:

Los espectrómetros de emisión, utilizan la propiedad de los

átomos que al ser excitados emiten una radiación que es

función de su configuración electrónica y que está compuesta

por longitudes de onda características; razón por la cual,

elementos diferentes emiten radiaciones diferentes. Con esta

técnica se analizan las muestras tal como se reciben por lo que

se utiliza resultados simultáneamente de muchos elementos en

menos de un minuto.

Los espectrómetros de absorción atómica; aprovechan la

propiedad de que la cantidad de luz monocromática absorbida

por los átomos de un elemento excitado es proporcional a su

concentración. Esta técnica relativamente simple y de bajo

costo solo se usa con pequeños volúmenes de trabajo debido a

89

su capacidad de análisis monoelemental y a que se debe diluir

la muestra.

En análisis de aceites usados, actualmente se utiliza cada vez

con más frecuencia el espectrómetro de emisión con fuente de plasma

acoplado por inducción que emplea la técnica más moderna de excitación

de la muestra de aceite, consistente en que Argón fluyendo por un tubo

de cuarzo al ser sometido a un campo eléctrico de alta frecuencia que

genera un campo magnético oscilante, forma un plasma que se halla a

una temperatura del orden de 10000 K que disocia, atomiza y excita la

muestra que se inyecta en el centro del tubo de cuarzo. Este método de

ensayo polielemental que posee una excelente repetitividad, precisión y

límites de detección presenta la desventaja de no detectar partículas

grandes (mayores de 5 um). Los resultados que se obtienen de los

análisis espectrométricos son las concentraciones en ppm (partes por

millón o mg/1) de los diferentes metales presentes en una muestra de

aceite usado.

5.4.1.2 Ferrografía.

La ferrografía es una técnica de análisis en la cual se pasa una

muestra diluida sobre una placa de cristal inclinada, especialmente

preparada y sometida a un elevado campo magnético que retiene las

90

partículas que permanecerán adheridas a la placa una vez que se

evapore el disolvente.

Las fuerzas que actúan sobre las partículas magnéticas hacen

que estas se alineen en tiras en las que las partículas grandes se

depositan donde la muestra toca por primera vez la placa y las pequeñas

a una distancia inversamente proporcional a su tamaño, esta distribución

se conoce como ferrograma. Las partículas poco magnéticas no se

alinean en tiras, sino que se depositan al azar a lo largo del ferrograma

permitiendo una rápida distinción entre partículas férreas y no férreas.

Calentando el ferrograma se puede distinguir entre función de hierro,

acero de alta y baja aleación, diferentes metales no ferrosos y materiales

orgánicos e inorgánicos.

El tipo de desgaste se deduce de la forma, tamaño y

características superficiales de las partículas, por lo que se necesita

experiencia y entrenamiento para analizar efectivamente un ferrograma.

En investigaciones especiales, el ferrograma se puede examinar con un

microscopio electrónico pudiéndose realizar hasta un análisis elemental

de partículas individuales con un espectrómetro de fluorescencia de rayos

X.

La ferrografía proporciona muy buenos datos cualitativos sobre

la morfología de las partículas, es excelente para detectar un amplio

91

espectro de tamaños de desgaste (entre 2 y 20 um) pero es muy lenta,

solo se puede usar con partículas magnéticas o paramagnéticas, tiene

poca sensibilidad de detección de partículas pequeñas y su repetitividad

es escasa.

5.4.1.3 Conteo de Partículas.

El conteo de partículas suministra la distribución del tamaño de

las partículas en categorías de tamaños especificados; el número de

categorías y su amplitud dependen del equipo empleado y de su

calibración. Los contadores emplean la dispersión o el bloqueo de un haz

de láser para efectuar las mediciones; las partículas pasan lentamente por

un volumen sensor donde son iluminadas por un rayo láser que produce

en un fotodiodo un pico de corriente de altura proporcional al tamaño de la

partícula; un sistema electrónico separa las señales en categorías. Los

contadores de partículas no se usan para medir partículas de desgaste

porque no distinguen sus diferentes tipos y son muy sensibles al manejo y

preparación de la muestra.

5.4.1.4 Microscopía.

La microscopía es la inspección con un microscopio de las

partículas recogidas en colectores magnéticos, depósitos de aceite,

ensayos de parche circular o filtros; es una técnica lenta pero

relativamente económica.

92

5.4.1.5 Colectores Magnéticos.

Los colectores magnéticos seleccionan por atracción las

partículas magnéticas por encima de un tamaño determinado, pero no las

clasifican posteriormente. Esta técnica no es útil para determinar un

desgaste anormal incipiente.

5.4.2 Para cuantificar otros contaminantes.

5.4.2.1 Dilución por Combustible.

La presencia de combustible en el aceite disminuye la

temperatura de inflamación del segundo, por lo que su medición se usa

para detectar la dilución.

En la evaluación del punto de inflamación de aceites usados se

suele utilizar el método del matraz abierto Cleveland, según la norma

ASTM D92. El método de medición consiste en llenar el matraz de prueba

con la muestra, calentar a una taza constante y pasar durante un segundo

a intervalos especificados de temperatura una pequeña llama de prueba

sobre la superficie de la muestra; la mínima temperatura a la cual se

inflaman los vapores de esta, constituya la temperatura de inflamación.

5.4.2.2 Dilución por Agua.

93

La presencia de agua en el aceite se puede determinar por

varios métodos; el más sencillo para cantidades superiores a o.o5% es el

de la crepitación, que consiste en dejar caer una gota sobre una plancha

metálica a 200 °C y escuchar si se produce crepitación, la intensidad del

ruido es indicativa de la cantidad de agua contaminante. Hay otros

métodos rápidos de detección como el polvo Hidrokit y el papel Watesmo,

utilizado por los mini laboratorios contenidos en maletas portátiles. En

grandes laboratorios se utiliza el método del reactivo Karl Fischer que

permite detectar concentraciones entre 0.005% y 0.1%.

5.4.2.3 Contenido de materias carbonosas.

Las materias carbonosas del aceite se evalúan cualitativamente

con el ensayo denominando de la mancha de aceite que fue desarrollado

por el Instituto Francés del Petróleo y consiste en depositar una gota de

aceite usado sobre un papel de filtro especial (o de alta porosidad) y

observarlo al cabo de varias horas. Es indudablemente el método más

recomendable para el seguimiento de aceites usados, ya que su bajo

costo y la información que ofrece lo hacen irremplazable.

La mancha que se forma presenta tres zonas concéntricas:

La parte central, cuya opacidad caracteriza el contenido de

carbón y está rodeada de una aureola donde se depositan las

partículas más pesadas.

94

La zona intermedia o de difusión, más o menos obscura, que

caracteriza con su extensión el poder dispersante del aceite.

La zona exterior o translúcida, que no tiene materias

carbonosas y es donde llegan las fracciones más volátiles del

aceite. Una extensión exagerada puede deberse a la presencia

de combustible.

Para cada aceite se recomienda hacer dos manchas, una a 20

°C y otra a 200 °C, comprobando el estado del aceite (dispersividad y

detergencia) en ambas condiciones.

5.4.2.4 Contenido de Insolubles.

Los insolubles se miden con métodos de laboratorio basados en

la sucesiva insolubilidad en disolventes como el pentano y el tolueno, de

los productos de degradación del aceite (lacas, barnices y lodos). La parte

insoluble se separa por filtrado o centrifugado (ASTM D893), el peso del

precipitado representa los insolubles en el correspondiente disolvente.

5.4.3 Viscosidad.

La determinación de la viscosidad se puede hacer con los

siguientes métodos:

Midiendo el tiempo de escurrimiento del aceite a través de un

capilar (viscosímetro Ostwald) o a través de un pequeño tubo u

orificio (viscosímetros Saybolt, Redwood y Engler).

95

Midiendo el efecto de cisallamiento producido en el aceite

contenido entre dos superficies en movimiento relativo

(viscosímetro de Mac Michel).

Midiendo el tiempo de desplazamiento de un sólido a través del

aceite (viscosímetro de bolas).

Los dos primeros métodos son muy lentos y se usan en laboratorio,

el último es el más adecuado para ensayos de campo por su facilidad de

construcción, transporte y manejo ya que solo se debe medir el tiempo

que tarda una bola en caer de un extremo a otro de un tubo lleno de

aceite y convertirlo a unidades de viscosidad auxiliándose de un gráfico.

5.4.4 Detergencia.

El método más utilizado para la evaluación de la detergencia por su

rapidez y sencillez es el de la mancha de aceite; cuando un lubricante

posee una buena detergencia la zona de difusión de la mancha es

bastante extensa, y va disminuyendo a medida que pierde su poder

detergente, desapareciendo cuando la detergencia está por agotarse.

5.4.5 Basicidad.

Se evalúa con el número de basicidad total (TBN) que solamente

se puede determinar en laboratorio como se describe en las normas

ASTM D664 Y D2896; la primera usa el método de dosificación

96

potenciométrica de ácido clorhídrico y la segunda el de dosificación

potenciométrica de ácido perclórico.

5.4.6 Constante Dieléctrica.

Existen en el comercio equipos portátiles destinados al uso en

taller y que utilizan la medición, con sensores capacitivos, de la variación

de la constante dieléctrica del aceite usado con respecto al aceite nuevo

para detectar la magnitud de su degradación.

5.5 EVALUACION DE RESULTADOS.

A continuación se expondrá como se pueden evaluar los distintos

síntomas obtenidos con los análisis del aceite para diagnosticar los

posibles fallos del motor.

5.5.1 Contaminantes Metálicos.

Las concentraciones metálicas del aceite son sintomáticas del

desgaste del motor; en la Tabla 10 se presentan los posibles orígenes de

las diferentes partículas del aceite.

97

Tabla 9. Posibles originadores de desgaste.

Fuente. ExxonMobil.

Tabla 10. Posibles causas de desgaste.

Fuente. ExxonMobil.

98

5.5.2 Dilución con Combustible.

La presencia de combustible en el aceite puede deberse a

inyectores defectuosos, fugas en uniones, bomba de inyección fuera de

punto o conducción inadecuada. Una dilución del 5% de gasoil o del 3%

de gasolina o una reducción de 30 °C en la temperatura de inflamación

pueden considerarse alarmantes.

5.5.3 Dilución con Agua.

El agua en el aceite puede provenir del sistema de refrigeración, de

condensación de los gases de escape o ingresar al efectuar añadidos de

aceite. Cuando su origen es el sistema de refrigeración, puede deberse a

grietas en la culata, junta de culata defectuosa o desperfecto del enfriador

de aceite. Como regla general puede decirse que el contenido de

humedad del aceite no debe superar un 0.5%.

5.5.4 Contenido de Materias Carbonosas.

Las materias carbonosas detectadas en el aceite son síntoma de

mala combustión debida a dosado inadecuado de la mezcla,

funcionamiento continuado del motor frío, barrido defectuoso o pérdida de

compresión. El contenido de sustancias carbonosas no debe sobrepasar

el 2%.

99

5.5.5 Contenido de Insolubles.

La presencia de insolubles en el aceite es principalmente síntoma

de degradación por oxidación que a su vez puede deberse a causas como

recalentamiento, soplado excesivo, etc. Como norma general, puede

establecerse que no deben sobrepasar el 3%.

5.5.6 Viscosidad.

La viscosidad de un aceite usado puede aumentar debido a sus

degradación (insolubles, agua, oxidación) o puede disminuir por la

dilución por combustible. Los valores límites de variación de viscosidad a

100 °C pueden establecerse en 30% o en un grado SAE.

5.5.7 Basicidad.

La basicidad del aceite permite neutralizar los productos ácidos de

la combustión que pueden atacar las piezas lubricadas; por esta razón la

pérdida de reserva alcalina es uno de los síntomas más utilizados para

determinar la degradación del aceite y el período de cambio óptimo; en

ningún caso el TBN de un aceite usado puede ser menor del 50% del

correspondiente al aceite nuevo.

5.5.8 Constante Dieléctrica.

La constante dieléctrica es indicadora de la contaminación del

lubricante; la contaminación normal por oxidación, materia carbonosa, etc.

Produce un aumento moderado de esta; mientras que la contaminación

100

por agua y partículas metálicas la aumentan excesivamente y la presencia

de combustible la disminuye.

5.6 COSTO DEL ANALISIS DE ACEITE EN EL PERÚ.

Si bien el análisis de aceite usado es una herramienta de

mantenimiento predictivo ampliamente conocida, en el país no se usa

mayoritariamente. Para saber el costo del análisis de aceite en el país se

trató de localizar algún laboratorio que ofreciese el servicio en la localidad

de Tacna; sin resultados favorables. Sin embargo, las grandes marcas

como Volvo, representada aquí en la ciudad por Automotores Tacna S.A.,

si ofrecen el servicio pero como parte de su plan de mantenimiento para

los propietarios de camiones Volvo que opten por realizar el

mantenimiento en los talleres autorizados.

Se contactó entonces con la empresa SGS del Perú S.A.C - Oil, Gas

& Chemicals, ubicada en Lima, que realiza el servicio de Análisis de

Aceite y Lubricantes Usados. Se solicitó una cotización que a

continuación se muestra:

101

Figura 15. Cotización del Análisis de Aceite Usado en el Perú.

Fuente. S.G.S. del Perú SAC

102

Como se puede apreciar el costo no es elevado, comparado con los

beneficios que aporta el análisis de aceite supone un gran ahorro al

advertir posibles fallas antes de que éstas ocurran.

Se cotizo también el precio de los elementos necesarios para tomar la

muestra;

Figura 16. Costo de la Bomba de Vacío para la toma de muestra.

Fuente. ADEMINSAC, Ahorro de Energía y Mantenimiento Industrial S.A.C.,

Lima-Perú

103

Figura 17. Costo de las mangueras para la toma de la muestra.

Fuente. Neumatec del Perú SAC.

Por lo tanto se necesitan aproximadamente USD 200.00 para tener

los elementos necesarios para tomar unas 50 muestras de aceite. Lo que

quiere decir que cada análisis de aceite supondría un costo aproximado

de S/. 130.00, que es un precio realmente asequible.

5.7 ESTUDIO DE CASOS REALES.

Los casos que se presentan a continuación corresponden a la

Administración de Ferrocarriles del Estado, AFE; que es el ente autónomo

de la República Oriental del Uruguay encargado del transporte ferroviario

y del mantenimiento de la red ferroviaria uruguaya. No se pudo encontrar

casos en Perú.

En particular en A.F.E. la incorporación de técnicas de mantenimiento

predictivo y proactivo mediante el análisis del lubricante de motores diésel

104

de locomotoras les ha permitido aumentar la confiabilidad y disponibilidad

de los equipos, permitiendo reducir costos en repuestos, mano de obra,

tiempo de paro, lubricantes, etc., mejorando el aprovechamiento de los

recursos.

5.7.1 CASO 1. Pasaje de agua refrigerante a cámara de combustión.

5.7.1.1 Detección del problema: Alerta del Laboratorio.

Los análisis de aceites correspondientes al motor diésel

GE7FDL8 (de 2000 HP) de la locomotora General Electric C-18-7i Nº

2008 mostraban aumentos significativos en el contenido de Cromo y

Sodio como lo muestra la figura 18. No se detectaban vestigios de agua

en el análisis. Es de resaltar que hasta el momento en que se decidió la

intervención en talleres no existía ningún síntoma de anomalía en el

funcionamiento de la locomotora. La constatación de que las proporciones

de Sodio y Cromo encontradas en la muestra de aceite del motor diésel

guardaban la relación estequiométrica del bicromato de sodio (utilizado

como inhibidor de corrosión en el refrigerante), indujeron a la búsqueda

de una fuga de solución refrigerante. La experiencia de casos similares

sin la detección de agua en el aceite, indicaba que el refrigerante debía

entrar directamente a la cámara de combustión donde el agua resultaba

evaporada dejando solamente residuos sólidos ricos en Cromo y Sodio,

los que actúan como abrasivos. La no actuación a tiempo genera

105

pérdidas en el bruñido del cilindro, problemas de empastamiento y

consecuente pegado de aros, deficiencia en la compresión, en la

combustión y en la potencia, en un proceso sinérgico.

210000

5

10

15

20

25

30

35

Fe (ppm) Cu (ppm) Pb (ppm) Cr (ppm) Na (ppm)Hrs. Motor Diesel

Co

nc

en

tra

ció

n (

pp

m)

Figura 18. Evolución de metales de desgaste y contaminantes.

Fuente. A.F.E. Administración de Ferrocarriles del Estado – Uruguay

5.7.1.2 Identificación de la Falla.

Antecedentes similares indicaban la posibilidad de falla del

intercooler (intercambiador de calor agua-aire de admisión), realizándose

entonces la desconexión e inspección de las cañerías de admisión donde

no se pudo constatar la presencia de manchas de tonalidad verdoso-

amarillenta características del bicromato de sodio. La sospecha entonces

pasó a recaer sobre los sellos existentes en los conjuntos de potencia

refrigerados con agua (chaqueta exterior-tapa de cilindro-camisa, ver

106

figura 19) debiéndose proceder a los desacoples de los mismos para

realizar pruebas hidráulicas.

Figura 19. Esquema del conjunto de potencia.

Fuente. A.F.E. Administración de Ferrocarriles del Estado – Uruguay

Durante el desacople de las conexiones, en uno de ellos se

observó que la boca de escape de gases tenía una zona de su pared con

un aspecto lavado, sin la característica presencia de hollín (Figura 20). Se

107

procedió entonces a retirar y desarmar el mencionado conjunto

encontrándose deficiencias en el sello de agua debajo de la boca de

escape. En los períodos de funcionamiento del motor resulta improbable

el pasaje de refrigerante al escape debido a la relación de presiones

existentes. Durante los periodos de parada del motor y debido a la presión

hidrostática del refrigerante y a la inclinación con respecto a la vertical

que presentan los conjuntos (motor en “V”) se produjo el llenado con

solución refrigerante de la cavidad que se presenta lavada en la figura

21, desde la cual logró acceder a la cámara de combustión.

Figura 20. Parte superior de la tapa de cilindros.

Se aprecia la zona de sellado defectuoso y boca de escape mostrando el

aspecto lavado y depósitos de cromatos.

Fuente. A.F.E. Administración de Ferrocarriles del Estado – Uruguay

108

5.7.1.3 Solución del Problema.

El conjunto fue sustituido y la máquina liberada a servicio

realizándosele un seguimiento especial con plazos más estrechos entre

las tomas de muestras de aceite a efectos de verificar su comportamiento.

Una vez que se comprobó su normal funcionamiento, verificándose la no

contaminación de la cámara de combustión con agua con sales de

cromato, se procedió al protocolo habitual de seguimiento con la

seguridad de haber evitado severos problemas de desgaste y mala

combustión. En el momento actual, el resto de los equipos está sometido

a un riguroso seguimiento de determinación de Cromo y Sodio en el

aceite, como para evaluar si la tasa de fallo amerita una modificación del

protocolo de Mantenimiento Preventivo.

5.7.2 CASO 2. Desgaste prematuro de cojinetes de bancada.

5.7.2.1 Detección del problema: alerta del laboratorio.

Los análisis de aceites correspondientes a los motores diésel

GE7FDL8 de la locomotoras General Electric C-18-7i mostraban

aumentos significativos en el contenido de Plomo como lo muestra la

figura 21 (muestra cercana a las 24.000 horas) correspondientes a la

locomotora 2003, también en este caso hasta el momento en que se

decidió la intervención en talleres no existía ningún síntoma de anomalía

en el funcionamiento de la locomotora.

109

Figura 21. Evolución de metales de desgaste y contaminantes.

Fuente. A.F.E. Administración de Ferrocarriles del Estado – Uruguay

5.7.2.2 Identificación de la Falla.

En este caso la teoría nos indica que la única fuente de la que

puede provenir el plomo es de los cojinetes que utilizan metal blanco

(Babbit) como capa externa, dirigiendo entonces la sospecha a los

cojinetes de biela y bancada. Se programó entonces la parada de la

máquina con mayores contenidos de Pb cuando se dispuso del material y

herramental para la sustitución de los cojinetes de bancada. De acuerdo a

la experiencia y al programa de mantenimiento original estos deberían ser

sustituidos en la reparación general correspondiente cercana a las 50000

horas cuando en este caso rondaba las 24000 horas. Una vez procedido

al desarme se verificaron aprietes de fábrica excesivos y se constataron

110

áreas con grandes pérdidas de metal blanco como se observan en las

figuras 22 y 23.

Figura 22. Daño localizado del metal blanco de cojinetes de motor

GE7FDL8.

Fuente. A.F.E. Administración de Ferrocarriles del Estado – Uruguay

111

Figura 23. Daño localizado del metal blanco de cojinetes de motor

GE7FDL8.

Fuente. A.F.E. Administración de Ferrocarriles del Estado – Uruguay

5.7.2.3 Solución del Problema.

Se sustituyeron los cojinetes de biela y bancada con el apriete

indicado por el fabricante, comprobando en su seguimiento posterior que

los niveles de Pb descendiesen a niveles considerados normales. Las

principales razones que se podían asignar como causantes del problema

son:

Calidad del cojinete.

Error de diseño

Apriete excesivo (de fábrica).

Utilización de filtros de aceite no originales durante un periodo.

(Los análisis de laboratorio indicaban en ese período aumentos

en el nivel de hollín en el aceite)

En la medida que los análisis de aceite indicaban un índice

elevado del nivel de plomo se fueron sustituyendo los cojinetes de las

respectivas máquinas haciéndolo en forma coordinada con revisaciones

programadas a efectos de afectar minimamente la disponibilidad de

máquinas en servicio, pasándose a trabajar exclusivamente con filtros

originales.

112

En la actualidad, trascurridos 36000 horas se encuentra que en

determinadas motores se reitera el crecimiento de Plomo con tendencias

similares a las encontradas anteriormente lo que parecería descartar las

hipótesis de aprietes excesivos y de la utilización de filtros no originales,

centrando la preocupación sobre la calidad de los cojinetes (problemas de

adherencia del metal blanco) o de error de diseño (produciendo

problemas en la capa de lubricación). Esto nos lleva actualmente a un

replanteo de la solución definitiva.

Esta falla no detectada a tiempo podría haber llevado al fundido

del motor con el severo trastorno económico que conlleva teniendo

presente el costo de mano de obra, de repuestos y lucro cesante.

113

CONCLUSIONES

1° De todas los procesos para el aprovechamiento de aceites usados

los más recomendables son las que permiten la regeneración del

aceite para su aplicación como aceite de base (tecnologías de re-

refino), aunque debe considerarse que algunas de las tecnologías de

re-refino (por ejemplo, la de ácido-arcilla), utilizan procesosque

generan corrientes residuales que por sus características deben ser

tratados adecuadamente.

2° Los aceites de base obtenidos a partir de tecnologías modernas

consiguen los niveles de calidad que exige el mercado, siendo

competitivos si se comparan con los aceites de base vírgenes, de

manera que hay una tendencia creciente en cuanto a su utilización en

motores.

3° La utilización de aceites de base de re-refino conlleva una reducción

de la cantidad de aceites de base vírgenes a producir, y por tanto las

necesidades de petróleo también son menores. Existen estudios que

indican que el consumo energético en la producción de aceites de

114

base vírgenes es tres veces superior a las necesidades requeridas

para obtener la misma cantidad de aceites de base re-refinados.

4° Para obtener beneficios reales de los análisis de aceite es

indispensable tener personal entrenado para interpretar los

resultados. Ejecutar y hacer seguimiento a las recomendaciones

desprendidas del resultado de análsisde aceite.

5° El análisis de aceite no es un fin en si. Solamente vale cuando los

resultados son bien explicados en forma útil para los operarios. Los

términos usados y las recomendaciones tienen que ser accionables.

El analista tiene que estar disponible para discutir los resultados y

ofrecer sugerencias personalizadas.

6° El éxito del analisis de aceite depende de un buen muestreo.Es

necesario entrenamiento y un procedimiento estándar para la toma de

las muestras. Identificación de los puertos y sitios de muestreo, para

siempre tomar las muestras del mismo sitio.

7° Una frecuencia de muestreo bien seleccionada, de acuerdo con los

requerimientos y necesidades de cada equipo.

8° Por medio de un análisis de aceite usado podemos corroborar el

estado de un lubricante en uso. Asi mismo podemos determinar si el

115

componente está sufriendo algún tipo de desgaste lo que puede

provocar una falla catastrófica posterior.

9° El objetivo fundamental de un análisis de aceite usado es prevenir un

mantenimiento mayor en un componente, ya sea este un motor,

compresor, turbina, reductor; determinando el estado del aceite y los

posibles desgastes existentes, ayudando a evitar una costosa

reparación.

10° La utilización de las técnicas de análisis de aceite permiten corregir

problemas a nivel incipiente atacando el problema en su génesis,

reduciendo considerablemente los daños que de otra manera seria

difícil evitar y rediseñar el programa de mantenimiento preventivo.

11° Ayuda a controlar o vigilar las prácticas de mantenimiento, mediante

el análisis de aceite usado es muy fácil de detectar cuando el

lubricante o los filtros de aceite, aire o combustible han sido

cambiados o no, lo que motiva a la realización de un programa de

mantenimiento serio y honesto por parte de las personas que lo

realizan.

116

RECOMENDACIONES

1° Difundir o dar a conocer los beneficios y ventajas que permite

alcanzar el análisis del aceite usado, en las áreas de mantenimiento,

stock de repuestos, ahorro de dinero y tiempo.

2° Capacitar a las personas relacionadas con el mantenimiento de

motores, para que puedan realizar sus propias interpretaciones de

resultados, tomar decisiones con toda seguridad y garantía de parte

de sus proveedores, en temas como duración de la vida útil tanto del

lubricante como de filtros, adecuado plan y control de mantenimiento.

3° Capacitar a las personas encargadas de la toma de muestras, como

realizar las tomas y que métodos son los más aconsejados y bajo que

circunstancias. Recalcar la importancia de una buena muestra de

aceite, que sea homogénea, representativa, con los datos completos

y veraces, para obtener resultados fiables.

4° Dar la importancia debida a los reportes de análisis, de esto depende

el buen desempeño del motor, en ocasiones, por desconocimiento los

117

reportes son ignorados, presentándose serias averías en los motores

que pudieron evitarse con un mantenimiento preventivo o una acción

correctiva.

5° Tener en cuenta el procedimiento correcto de cómo hacer la

extracción de la muestra, ya que más del 25% de los problemas que

presentan los resultados de los análisis se deben a tomas incorrectas

de la muestra.

6° Hay factores que influyen en los resultados del analisis de aceite

como el tiempo de demora entre la toma de la muestra y su entrega

para el análisis. Se debe procurar la entrega inmediata de la muestra

y de los resultados para no perder el objetivo central que es prevenir

las fallas y averías.

7° Ademas las muestras deben estar debidamente etiquetadas, se debe

usar un codigo para cada MCI y mantenerlo para poder crear una

base de datos que permita ver las tendencias. Un único analisis de

aceite no es de mucha ayuda.

8° Si el tipo de aceite a analizar no es comercial, es recomendable se

proporcione una muestra adicional del lubricante NUEVO como

referencia.

118

BIBLIOGRAFIA

[1].- BENAVENTE R. (199). Gonzalo. “Aceite Lubricante Usado”. Bravo

Energy Chile S.A. Boletín Nº 2.

[2].- De Vita Y. (1995). “Aditivos para Lubricantes para Motores a

gasolina”. Universidad de los Andes, Facultad de Ingenieria, Merida –

Venezuela, p 37.

[3].- FLOREZ PIEDRAHITA, Carlos Arturo. Transformación de los aceites

usados para su utilización como energéticos en procesos de combustión.

En: Escenarios Y Estrategias. Bogotá. Diciembre de 2001 No 8. p. 28 –

32.

[4].- Jaramillo S. L. et al (2011) “Análisis Técnico de la Vida Útil de un

Lubricante de Aceite Mineral para Motor de Combustión Interna a

Gasolina” , Universidad Politécnico Salesiana, Cuenca Ecuador, p 172.

119

[5].- NERVO M, Gustavo. (2011). “Reproceso y Comercializacion de

Aceite Lubricante Usado”, Universidad del CEMA, Buenos Aires,

Argentina, p 77

[6].- ORLINA A.,C. (1984). “Motores de Combustion Interna –

Construcción y Calculo de Resistencia”. Editorial Mashinoestraenia,

Moscú, Rusia, p 382

[7].- PANTOJA, José Luis Martín y MORENO, Pilar Matías. (1995) ¿Qué

se hace en España con los aceites usados? En: Ingeniería Química. p.

113-117

[8].- RAMÍREZ, Jairo Antonio. “Recuperación de aceites lubricantes para

automotores a partir de aceites usados y desechados, utilizando procesos

físico-químicos”. Tesis (ingeniero químico). Universidad de Antioquia.

[9].- RAMOS Juan Luis y ROJO Fernando. (1990) “Biodegradación e

ingeniería genética”. En: Investigación y ciencia 164. p. 72-79

[10].- RUIZ, Ernesto. (1991). “Aceites lubricantes para motores a

gasolina.” En: Curso de educación continuada fundamentos básicos de

lubricación. Bogotá D.E. Pit & Quarry. 2000 Equipment & Tech Handbook.

Vol. 92 Issue 6, p. 126

PAGINAS WEB CONSULTADAS

[11].- Lubricación, Disponible en: www.rebrija.es , p 23, pagina

120

visitada 14/11/2013.

[12].- Lubricación y Lubricantes, Disponible en:

www.industriales.utu.edu.uy , p 23, página visitada 15/11/2013.

ANEXOS

121

ANEXO I

SIMBOLOS Y ABREVIATURAS

1.1 API: “American Petroleum Institute”

1.2 ASTM: “American Society for Testing and Materials” (Sociedad

Americana para Pruebas y Materiales)

1.3 SAE: “Society of Automotive Engineers” (Sociedad de Ingenieros

Automotrices)

1.4 ISO: “International Organization for Standardization” (Organizacion

Internacional para la Normalizacion)

1.5 IEC: “International Electrotechnical Commission” (Comision

Electrotecnica Internacional)

122

1.6 HTHS: Siglas en ingles de “alta temperatura y alto efecto de corte o

cizallamiento”

1.7 cSt: Centistokes

1.8 mg: Miligramos

1.9 ml: Mililitros

1.10 mPa: Milipascal

1.11 ppm: partícula por millón

1.12 um: micras

123

ANEXO II

PROCESO DE RECOLECCION DE ACEITE AUTOMOTRIZ USADO

124

ANEXO III

COTIZACION ANALISIS DE ACEITE SGS DEL PERU SAC

125

ANEXO IV

COTIZACION BOMBA DE VACIO – ADEMINSAC

126

ANEXO V

COTIZACION MANGUERAS – NEUMATEC PERU SAC

127

ANEXO VI

CONSIDERACIONES SOBRE EL SERVICIO DE ANALISIS DE ACEITE

SGS DEL PERU SAC

128