Principio de Lubricantes

8/18/2019 Principio de Lubricantes

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Principios de Lubricación -Lubricantes

Juan F Alvarez H.Ingeniero de LubricaciónExxonMobil


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ACEITES LUBRICANTES


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Base Lubricante

+

Aditivos

=

Aceite Lubricante

omposición de un aceite lubricante


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Bases Lubricantes

Una base es un LIQUIDO procesado de crudo u obtenido por

procesos químicos, que se utiliza para mezclar grasas y aceites

lubricantes terminados.

Las bases están fabricadas con distintos grados de viscosidad.

La calidad de cada base varía según la fuente de crudo y el

procesamiento que se utilice.

H

HH

A

A A

R

R

RR

R

R R

R

R

R

Alcohol Óxido de polialquilenoÓxidos de alquileno+

R - OH H - C - C - H

O

H R1

+ n R - O - C - C - O - HR1

HH

H n


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Bases Lubricantes

Ceras, Asfaltos, Combustibles, Lubricantes, y Gases

Petróleo crudo como punto de partida


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|

Bases Lubricantes

a refinación separa componentes

Asfalto y Ceras

Combustibles yLubricantes

Gases Etano — una fuente decompuestos SHF puros sincombustibles, lubricantes,asfaltos o ceras.


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Bases Lubricantes

Diagrama de Flujo de la Refinación

Crudo dedestilación

atmosférica

Destilados Refinados conParafina

AceitesDesparafinados

Aceites BásicosFinales

D e s t i l a c i ó n p

o r V a c í o

ResiduoSeparación por

Propano

(Asfaltos)

Livianos

Medios

Pesados

E x t r a c c i ó n p o r

S o l v e n t e s

D e s p a r a f i n

a c i ó n

p o r S o l v e

n t e s

T r a t a m i e n t o c o n A r c i l l a

o H i d r o t e r m i n a c i ó n

S100N

S150N

S600N

Bright

Stock

(Liviano)

(Medio)

(Pesado)


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Isoparafinas

alto (>90)

bajo

baja

buena

suficiente

Propiedad

Punto de Fluidez

Volatilidad

Oxidación

Solvencia

alto (>90)

alto

baja

buena

pobre

Parafinas Naftenos

más bajo

más alto

buena

Comp.Aromáticos

bajo(0-20)

mínimo

máximo

excelente

La mayoría de los aceites base están hechos de crudos de isoparafina. Losnaftenos se utilizan para producir bases que ayudan en las aplicaciones abajas temperaturas como consecuencia del punto de fluidez naturalmentebajo.

Las siguientes son propiedades típicas del crudo agrupado acorde al tipode hidrocarburo.

Índice deViscosidad

Fácilmenteoxidable

Baja resistenciaa la oxid.

bajo a moderado(40-85)

Bases LubricantesPropiedades de los Componentes


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En este cuadro, podrá observar que las bases están divididas en cinco

grupos, basados en el índice de viscosidad y el porcentaje de azufre.

Clasificación API (Instituto Americano del Petróleo) de las bases

Grupo

Especificaciones físicas

Proceso de fabricaciónIV Azufre % peso Saturados % peso

I 80-120 > 0,03 < 90 Convencional (refinado con solvente)

II 80-120 < 0,03 90 Requiere hidrofraccionamiento/desparafinado

III > 120 < 0,03 > 90 Requiere hidrofraccionamiento/ desparafinado

intensivo

IV < 140 0,00 > 90 Síntesis química – polialfaolefinas (PAO)

V Todos los otros tipos

Bases Lubricantes: Clasificación


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El siguiente cuadro compara las propiedades de rendimiento de

los cinco diferentes grupos de bases.

Comparación de las propiedades de las bases

Parámetro Grupo I Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo V

Estabilidad de oxidación Buena Mejorada Mejor Óptima Mejor a óptima

Volatilidad Buena Buena – mejor Mejor Óptima Buena a óptima

Solvencia de aditivo Muy buena Buena con co-bases

seleccionadas

Buena con co-bases

seleccionadas

Buena con co-bases

seleccionadas

Buena a óptima

Capacidad a baja temperatura Buena Mejorada Mejor Óptima Buena a óptima

Eficacia/tracción Buena Buena Mejorada Mejor Buena a óptima

Costo relativo c/ Grupo I 1 1.1 a 1.2 1.5 4 a 10 2 a 50

Grado de viscosidad a 40°C cSt Hasta 500 Limitada a


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Bases Lubricantes Sintéticas

Polialfaolefinas (PAO)

Poliglicoles

Ester orgánico


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Características Físicas yQuímicas de los Aceites


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Propiedades de los aceites lubricantes

1. viscosidad,

2. Indice de Viscosidad

3. estabilidad térmica,

4. estabilidad de oxidación,

5. punto de fluidez,

6. demulsividad,

7. punto de inflamación y

8. punto de combustión.

9. Formación de espuma

10.Color


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1. Viscosidad

La más importante propiedad de los aceites lubricantes es la viscosidad.La viscosidad es la resistencia interna del fluido a fluir .

La viscosidad es la propiedad más importante del lubricante.

1. formar una película lubricante,

2. enfriar los componentes de lamáquina y

3. sellar y controlar el consumo delaceite.


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Cada uno de los siguientes grupos mide la viscosidad con escala propia:

Abreviatura Nombre del grupo Clasificación que realiza el grupo

AGMA American Gear Manufacturers Association

(Asociación Americana de Fabricantes de

Engranajes)

Aceites industriales para engranajes

SAESociety of Automotive Engineers (Sociedad de

Ingenieros Automotrices)

Aceites para engranajes/motores de

automóviles

SUSSaybolt Universal Seconds (Segundos Saybolt

Universal)Todos los aceites

ISO International Standards Organization (Organización

Internacional de Normalización) Aceites lubricantes industriales

cSt Centistokes (centistokes) Todos los lubricantes

VISCOSIDAD


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RelaciónViscosidad - Temperatura

La Viscosidad DecreceCuando Aumenta laTemperatura

V i s c o s i d a d

T em p er a

t ur a


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El índice de viscosidad es el nivel de cambio en la viscosidad de un aceite con latemperatura. Cuanto mayor es el IV, menor es el cambio de la viscosidad de unaceite con la temperatura.

Alto I.V. = Variaciones ligeras de viscosidadBajo I.V. = Variaciones severas de viscosidad

En el gráfico que se encuentra debajo se puede identificar que la pendiente de cadalínea es diferente sobre el mismo rango de temperatura, dependiendo de suviscosidad: el IV más bajo tiene la mayor pendiente y el mayor IV tiene la menor

pendiente.

IV muy alto (135) es decir, sintéticosIV alto (95) es decir, aceite mineral

Temperatura

Índice de viscosidad

V i s c

o s i d a d

Nota: Los números enparéntesis sonnúmeros sin unidadque muestran la

diferencia en laviscosidad a 40°C y a100° C.

2.Indice de Viscosidad


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4. Estabilidad de oxidación

La estabilidad de oxidación es la capacidad de un lubricante de resistir lacombinación química con oxígeno.

La oxidación puede resultar en la aparición de sedimentos, depósitos y aumento de

la viscosidad. El proceso se acelera por:

• calor

• luz

• catalizadores metálicos

• ácidos formados por la contaminación del agua

• otros contaminantesFenol impedido

ZDTP



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5. Punto de fluidezEl punto de fluidez es la temperatura más baja en la que un aceite fluirá bajo lascondiciones de prueba prescriptas.

El punto de fluidez se ve afectado por la cantidad de partículas de cera que seeliminan durante el procesamiento del crudo:

• A mayor cantidad de partículas decera, mayor punto de fluidez.

• A menor cantidad de partículas de

cera, menor punto de fluidez.



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6. Demulsibilidad

La demulsibilidad es otra propiedad importante de los aceites lubricantes.

Es la capacidad de un aceite de separarse del agua.


Frasco izquierdoSin agua

Frasco derechoAgua y aceite separados(excelente demulsibilidad)

Frasco centralAceite y agua mezclados


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7. Punto de inflamación

El punto de inflamación se determina al calentar el aceite hasta que se

formen vapores y entonces se pasa una llama a través el aceite. El punto

de inflamación es la temperatura a la que el aceite genera chispas, pero

no se mantiene una llama.

El punto de inflamación para losaceites lubricantes es por logeneral 400°F o más.



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8. Punto de combustión

El punto de combustión se determina de manera similar al punto deinflamación. El aceite se calienta hasta que se forman vapores y se pasa

una llama a través del aceite. El punto de combustión es la temperatura a

la que el aceite genera chispas y la llama se mantiene.

El punto de combustión paralos aceites lubricantes es porlo general 700°F o más.



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9. Formación de espuma

Tendencia del aceite a formarespuma. Relacionada con el

atrapamiento de aire en el aceite. Se

mide con la prueba ASTM D 892.

EL aceite debe liberar el aire

atrapado y la espuma que forma este

proceso debe desaparecer en poco

tiempo



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10. COLOR


Se determina conforme a la norma ASTM-D-1500La escala va desde 0 (transparente) hasta 8 (negro)

Para determinación de colores mayores que 8 se efectúa una dilución del

aceite en petróleo incoloro y el valor se expresa con abreviatura DIL

L2 = Más claro que 2D5 = Más obscuro que 5

Para aceites menores de 0 se utiliza el colorímetro Saybolt


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Las bases tienen un enorme efecto en el rendimiento del lubricante

terminado:

Propiedad del lubricante Influencia de la base Influencia del aditivo

Viscosidad importante leve

Índice de viscosidad importante importante

Punto de inflamación importante leve

Volatilidad importante leve

Punto de fluidez importante importante

Estabilidad de oxidación importante importante

Protección contra la oxidación leve importante

Control de depósito importante importante

Formación de espuma importante importante

Bases Lubricantes: Influencia en el productoterminado


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Aditivos


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Aditivos - Funciones

Funciones Principales

Limitar el deterioro del lubricante a causa de fenómenosquímicos ocasionados por razón de su entorno o actividad.

Proteger la superficie lubricada de la agresión de ciertoscontaminantes

Mejorar las propiedades del lubricante o proporcionarles

otras nuevas


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Aditivos para la Protección deSuperficies

– Agentes Antidesgaste y de Extrema Presión

– Inhibidores de Corrosión

– Inhibidores de Herrumbre

– Detergentes y Dispersantes

– Modificadores de Fricción


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Agentes Anti-Desgaste y de E.P.

Propósito:Reducir Fricción y DesgastePrevención de Rayadurasy Fatigas de Material

Funciones:Reacción Química con el metal para formar película conmenor resistencia al corte que la del metal anteponiéndose a

éste.Tipos: Sulfuros, Xantanatos, Ditiocarbonatos DialquilditioCarbonatos, Ditiofosfatos de Zinc.


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Aditivos para la Protección de Superficies

ESTOS SON ADITIVOS QUE SON ACTIVADOS POR EL ROZAMIENTO

A TEMPERATURAS NORMALES DE OPERACION

REACCIONAN PARA FORMAR UNA PELICULA PROTECTORA SOBRE

LA SUPERFICIE METALICA LO QUE CONTROLA LA ABRASION

PIEZA ESTACIONARIA

PIEZA DESLIZANTE

SUPERFICIES

METALICAS

CAPAS DE

ADITIVO

AGENTES ANTIDESGASTE


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Aditivos para la Protección de Superficies

AGENTES DE EXTREMA PRESION

SON ACTIVADOS POR ALTAS PRESIONES Y TEMPERATURAS, CONDICIONESEN LAS QUE LOS AGENTES ANTIDESGASTE NORMALES FALLARIAN

REACCIONAN FUERTEMENTE CON LA SUPERFICIE METALICA FORMANDO UNACAPA DE METALES BLANDOS; LO QUE EVITA EL SOLDADO

ADITIVO EP

PIEZA ESTACIONARIA

PIEZA DESLIZANTE

Aditivos para la Protección


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Aditivos para la Protecciónde Superficies

Inhibidores de Corrosión

Propósito:Prevenir la corrosión departes metálicasNo-Ferrosas encontacto con el lubricante

Funciones:

Neutralización de ácidos corrosivosTipos: Dialquil y Diarilditio fosfatos metálicos

Aditivos para la Protección


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Inhibidores de Herrumbre y Corrosión

Propósito:Prevenir la oxidación de partes metálicasferrosas en contacto con el lubricante

Funciones: Adsorción preferencial del constituyentepolar en lasuperficie metálica para brindar una películaprotectora

Tipos: Sulfonatos de Calcio, Sodio,Magnesio y Bario, Aminas fosfatadas,ácidosparafínicos

H2 O Escudo

Protector

Aditi l P t ió d


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DetergentePropósito:

– Mantener las superficiescomo ranuras de anillos,

faldas de pistón, válvulas,etc., libres de depósitos

Funciones: Reacción química con el lodo y el barniz para neutralizarlos

y mantenerlos en solución en el aceite.Tipos: Sales sobre-básicas de Calcio, Bario y Magnesio,Sulfonatos...

Depósitosde Carbón

1er. Anillo deCompresión

2do. Anillo deCompresión


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Aditi l P t ió d


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Dispersante

Propósito:Mantener los insolubles

dispersos en el aceiteFunciones:Los contaminantes quedan atrapados por la atracción polarde las moléculas del dispersante previniendo suaglomeración. Los mantiene en suspensión debido a la

solubilidad del dispersanteTipos: Sales de Bario de alto P.M. conteniendo fósforo,Poliaminas, Succinoamidas, Polímeros....

Aditi l P t ió


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Modificador de Fricción(Lubricidad)

Propósito: Alterar el coeficientede fricción (Sinfin-Corona)

Función: Adsorción preferencial de materialesactivos

Tipos: Acidos - aminas grasos,Mantecas, Aceites Animalesy Vegetales

Aditi d D ñ Ti


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Aditivos de Desempeño - Tipos

Depresor del Punto de Fluidez

Mejorador del índice de viscosidad

Agentes de resistencia de película

Agentes de adhesividad

Emulsificantes


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Aditivos de Desempeño

Depresores del Punto Mínimo de Fluidez

Propósito:Permitir el flujo del lubricante

a bajas emperaturas

Funciones:Modifica la formación de ceraTipos: Poliacrilatos, Polímeros de

hidrocarburos, Polimetacrilatos,Esteres Poliméricos.... Aditivo

Cera


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Mejoradores del índice de Viscosidad

Propósito: Aumentar el índice

de viscosidad

Funciones:Los polímeros se dilatan con el aumentode la temperatura, contrarrestando el adelgazamiento

del aceite.Tipos: Poliisobutilenos, Copolímeros, Metacrilatos,Polímeros con Nitrógeno.

Frio Caliente


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Agentes de resistencia de película

Propósito: –Incrementar la capacidad

de soportar cargas

Funciones:Los aditivos se concentran sobre las superficiesmetálicas formando películas que minimizan la posibilidadde contacto directo metal - metal


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Agentes de adhesividad

Propósito:Incrementar las característicasde adhesividad de los lubricantes,tornándolos mas "pegajosos"

Funciones:Bajo condiciones de película delgada,evitan que el aceite se escurra.Tipos: Polímeros de Isobutileno


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Emulsificantes

Propósito:Facilitan la emulsión agua-aceite

y la mantienen estable

Función:Reducir la tensión superficial parafacilitar la emulsión del agua y el aceiteTipos: Detergentes de hidrocarburos, sulfonatos depetróleo, jabones alcalinos y alcalinotérreos

Aceite

Agua

Agua

Aceite


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Aditivos para Proteger el Lubricante


Antioxidante

Antiespumante

Demulsificante


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Antioxidante

Propósito:Extender la vida útil del aceite

Funciones:Prevenir la reacción entre el oxígeno

y los hidrocarburos, minimizando además el efectocatalizador de algunos metales en este proceso.Tipos: Fenoles Alquilados y bloqueados, DiarilDialquilditio fosfatos metálicos....


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Antiespumante

Propósito:

Impedir que se formeen el lubricante unaespuma demasiado persistente

Funciones:Reducir la tensión superficial para acelerar el colapsode la espuma.Tipos: Silicones, Copolímeros orgánicos...

Aditi P t l L b i t


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Demulsificante

Propósito: –

Aumentar la rapidez deseparación del agua

Funciones: Aumentar la tensión superficial

para obtener gotas grandes de aguaTipos: Tricresil fosfato, Duodesil sulfonato decalcio....

Aditivos


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Aditivos

Influencia en el aceite

Su influencia sobre las características dellubricante

Detergente sobre el contenido de cenizas

Detergente sobre el T.B.N.

Aditivos


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Aditivos

Influencia con otros Aditivos

Su influencia sobre otras propiedades

Antiespumantes sobre la liberación del aire

Dispersantes sobre la demulsibilidad

Inhibidor de corrosión sobre Anti-desgaste yExtrema Presión

Aditivos


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Aditivos

Sus daños con otros Agentes

Daños:

–El agente de E.P. con la Temperatura

– El Antiespumante con la contaminación dedetergente

– El mejorador de índice de viscosidad por unalto esfuerzo de corte (Motores de 2 tiempos)

–El ZDDP (Ditiofosfato de Zinc) por humedad(hidrólisis)

AditivosEn Componentes Comunes


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En Componentes Comunes

Componentes ProblemasTípicos

Requisitos del

Aditivo Sistema hidráulico

Engranes

Temperatura

Contaminación

Entrada de Aire

Condensación

Altas Cargas

Temperatura

Contaminacion conagua

Resistencia a laoxidación

Resistencia a laespuma

Demulsibilidad

Propiedades AD y EP

Resistencia a laoxidación

Preventivo deherrumbre

AditivosEn Componentes Comunes


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En Componentes Comunes

Componentes Problemas Típicos Requisitos del

Aditivo Guías y Correderas

Motor

Deslizamiento Irregular

Altas CargasFormación de depósitos

Arranque en frio

Viscosidadsuficientemente Alta

Modificador de fricción

Resistencia de película

Adhesividad

Propiedades ADDetergentes y

Dispersantes

Depresor del PuntoMínimo de Fluidéz

Mejorador del IV


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