Estructuración del programa de enseñanza:
Temas PARTE
El petróleo y sus componentes I
Destilación - Refinación II
Aceites Lubricantes y Aditivos III
Viscosidad IV
Aceites sintéticos V
Caracterización de los aceites lubricantes VI
Grasas lubricantes VII
Espesantes VIII
Fabricación de las grasas lubricantes IX
Penetración X
Caracterización de las grasas lubricantes XI
I.- EL PETROLEO Y SUS COMPONENTES.
El petróleo es una mezcla de distintos tipos de hidrocarburos que se
diferencian considerablemente entre ellos.
Además de contener principalmente carbono ( C ) e hidrógeno (H) en el
petróleo se encuentran otros elementos como azufre (S) y otros trazas de
otros elementos como nitrógeno (N) y oxígeno (O).
Si predominan determinados porcentajes de hidrocarburos, se hace
entonces la siguiente diferenciación:
1. Aceites minerales de base parafínica
Las parafinas son hidrocarburos lineales o ramificados.
Los aceites lubricantes elaborados a partir de petróleos de base parafínica presentan un buen comportamiento de viscosidad en relación con
la temperatura.
2. Aceites minerales de base nafténica
Los naftenos son hidrocarburos saturados cíclicos (por ejemplo,
ciclohexanos) y sus derivados1).
El comportamiento de la viscosidad en relación con la temperatura es más desfavorable que en los aceites minerales con base parafínica.
3. Aceites minerales de base aromática
Las sustancias aromáticas son hidrocarburos cíclicos no saturados
(derivados del benceno).
II.- DESTILACIÓN Y REFINACION.
Para refinar los básicos lubricantes, se saturan o bien se extraen los
hidrocarburos aromáticos, según sea el caso y el grado de refinación, por
medio del hidrorefinado, o refinación por hidrogenización.
Para la fabricación de aceites lubricantes tienen importancia, sobre todo, los aceites minerales de base parafínica y asténica.
El petróleo crudo se compone de diferentes hidrocarburos, teniendo cada
uno de ellos su punto de ebullición propio. Por esta razón, el petróleo no 1) Derivado = Producto resultante de una combinación química 2) Solvato = Aceite lubricante después del refino con disolventes
tiene un punto de ebullición definido, sino un intervalo de temperaturas de
ebullición que va 25 - 360°C. Al calentarlo pueden evaporarse cada uno de
los hidrocarburos según su temperatura de ebullición. Si este procedimiento
se realiza a presión atmosférica se denomina destilación atmosférica.
En la destilación atmosférica tiene lugar una separación física del petróleo según intervalos de ebullición a la presión atmosférica
(760 mmHg = 1013 mbar).
En la destilación atmosférica se obtienen los productos destilados
siguientes:
Fracción superior: Gases (butano, propano etc.)
Gasolinas (gasolinas técnicas, combustibles)
Petroles (combustibles diesel, fuel-oil ligero)
Fracción inferior: Residuos (fuel-oil pesado)
Los residuos (fuel-oil pesado) se transforman posteriormente en destilados
de aceite lubricante en la destilación en vacío.
En la destilación en vacío se obtienen los productos destilados siguientes:
Fracción superior − Gasoil − Destilados para aceites de
husillos − Destilados para aceites de
máquinas − Destilados para aceites de
cilindros
las llamadas fracciones básicas de los aceites lubricantes
Fracción inferior Residuos (para la obtención de asfalto o bien de
Brightstock1) ) Dado que estos destilados para aceites lubricantes contienen todavía
componentes no deseados, por ejemplo combinaciones muy activas
químicamente, tienen que seguir siendo tratadas en procedimientos
especiales de refinación.
Los diferentes procedimientos de refinación son:
• La refinación por hidrogenación1)
En este procedimiento moderno se extrae sobre todo el azufre
desfavorable para la fabricación de lubricantes. No se producen residuos.
• La refinación por solventes
Eliminación de componentes no deseados, especialmente los productos
aromáticos, que se extraen por medio de solventes.
1) Brightstock = se emplea también como aceite base para lubricantes 1) hidrogenación = adición de hidrógeno
• El desparafinado
Eliminación por medio de solventes de la partes sólidas de parafina
contenidas especialmente en los productos destilados con base
parafínica. Con ello se consigue una mejora del comportamiento en frío.
CLASIFICACION API DE ACEITES BASICOS.
Categoría Azufre (%) Saturados (%) Índice de Viscosidad Grupo I > 0.03 Y/O < 90 80 a 120 Grupo II < 0.03 Y > 90 80 a 120 Grupo III < 0.03 Y > 90 > 120 Grupo IV Todas las Polialfaolefinas (PAOs) Grupo V Todos los no incluidos en los grupos I, II, III ó IV
III.- ACEITES LUBRICANTES Y ADITIVOS. Tipos de aceites lubricantes
ACEITES LUBRICANTES
Aceite mineral Aceite sintético
Aceites noaditivados
Aceite parahusillos
Aceite paramáquinas
Aceite paracilindros
Aceitesaditivados
Aceitesaditivados
Aceites noaditivados 1)
1) aditivas mejorar, mezclar con aditivos
Con el fin de satisfacer las altas exigencias de lubricación, al aceite básico
refinado (aceite mineral no aditivado) hay que añadirle aditivos. En este
caso, se habla de un aceite lubricante aditivado.
Aceites lubricantes no aditivados del mismo tipo (aceites minerales o sintéticos) se pueden mezclar.
Los aceites lubricantes aditivados no se pueden mezclar
arbitrariamente, dado que los aditivos pueden ser incompatibles entre si.
ADITIVOS Los aditivos más conocidos son:
Tipo de Aditivo Propósito Componentes
típicos Funciones
Antidesgaste y agentes EP
Reducir fricción y desgaste y prevenir rallado y micro soldadura
Ditiofosfatos de Zinc, fosfatos orgánicos, fosfatos ácidos, compuestos orgánicos de azufre y cloro, cebos sulfurados, sulfitos y disulfitos
Reacción química con la superficie metálica para formar una película, previniendo así el contacto metal con metal
Inhibidor de corrosión y herrumbre
Prevenir la corrosión y la herrumbre de partes metálicas en contacto con el lubricante
Ditiofosfato de Zinc, fenolatos metálicos, sulfonatos básicos metálcos, acidos grasos y aminas.
Formación de una película protectora en superficies metálicas para neutralizar ácidos corrosivos.
Detergente Mantiene las superficies libres de depósitos
Compuestos Metal-orgánicos de sodio, fenolatos de calcio y magnesio, fosfonatos y sulfonatos
Reacción química con los precursores de lodos y barnices para neutralizarlos y mantenerlos solubles.
Dispersante Mantener contaminantes en suspensión en el lubricante
Alquil succinimidas, esteres alquilsuccinicos, y productos de la reacción de mannich
Los contaminantes son adheridos a las moléculas dispersantes por atracción polar y son mantenidas en suspensión por la solubilidad del dispersante
Modificador de fricción
Alterar el coeficiente de fricción
Ácidos grasos orgánicos y amidas, aceite de manteca, esteres ácidos orgánicos fosforados y fosfóricos de alto peso molecular.
Adsorción preferencial de materiales de acción superficial.
Aditivos de desempeño — Lubricantes Automotrices Tipo de Aditivo Propósito Compuestos Típicos Funciones
Depresor del punto de goteo
Permitir que el lubricante fluya a bajas temperaturas
Polímeros alquilados naftalenos o fenólicos. Poli metacrilatos, esteres copo limeros de maleato/fumarato
Modificar la formación de cristales de cera para reducir el encadenamiento
Agente expansor de sellos
Hinchar sellos de elastómero
Fosfatos orgánicos e hidrocarburos aromáticos
Reacción química con elastómeros para causar expansión de los sellos
Modificador de Viscosidad
Reducir la relación de cambio de viscosidad con la temperatura
Polímeros y copo limeros de olefinas, metacrilatos, dienos o estirenos alquilados
Los polímeros se expanden con el incremento de la temperatura para contrarrestar el adelgazamiento del aceite
Aditivos protectores — Lubricantes Automotrices
Tipo de Aditivos Propósitos Compuestos Típicos Funciones
Antiespumantes Prevenir que el lubricante forme espumas persistentes
Polímeros de silicona, copo limeros orgánicos
Reduce la tensión superficial para acelerar el colapso de la espuma
Antioxidante Retardar la descomposición oxidativa
Ditiofosfatos de zinc, fenoles bloqueados, aminas aromáticas, fenoles sulfurizados
Descomponer los peróxidos y completar reacciones de radicales libres
Desactivador de Metales
Reducir el efecto catalítico de los metales en su acción oxidativa
Complejos orgánicos que contengan nitrógeno o azufre, aminas, sulfitos y fosfitos
Forma películas inactivas en las superficies metálicas, reaccionando con iones metálicos
IV.- VISCOSIDAD.
En general, la viscosidad es la resistencia de un líquido a fluir. En una
sustancia viscosa (por ejemplo, miel), la resistencia al movimiento es mayor
que en un medio más fluido (por ejemplo, leche); por lo tanto, la miel tiene
una viscosidad mayor que la leche.
En la viscosidad se distingue entre:
Viscosidad dinámica (η), unidad: mPas
Viscosidad real: necesaria para el cálculo de los procesos de lubricación en los apoyos y engranajes. (Unidad antigua: Centipoise cP, 1 cP = 1 mPas)
Viscosidad cinemática (ν), unidad: mm²/s
Relación entre la viscosidad y la densidad (Unidad antigua: Centistokes cSt, 1 cSt = 1 mm²/s)
En la práctica se mide a menudo la viscosidad cinemática. Se mide la
viscosidad cinemática mediante la determinación del tiempo de salida de
una cantidad de líquido definida a través de un tubo capilar.
Si se tiene que determinar la viscosidad dinámica a partir de la viscosidad
cinemática, entonces es válido:
Viscosidad dinámica = viscosidad cinemática x densidad1)
η = ν ⋅ ρ
1) Densidad = Relación entre la masa m y el volumen v a temperatura constante Fórmula: ρ=m/V en g/cm3 o g/ml
Comportamiento viscosidad-temperatura
La viscosidad de un aceite depende, entre otros factores, de:
• la estructura interna (molecular) del aceite, o sea del tipo de aceite y de
• la temperatura.
Si aumenta la temperatura disminuye la viscosidad; si disminuye la temperatura aumenta la viscosidad.
Al proporcionar una viscosidad determinada, hay que añadir la temperatura
a la que se ha evaluado (la temperatura general de referencia es 40°C a
presión atmosférica).
V.- ACEITES SINTETICOS.
Aparte de los aceites básicos usuales obtenidos a partir del petróleo
se pueden producir también químicamente (sintesis1) ) aceites básicos
sintéticos.
Los aceites sintéticos se utilizan como sustancia base para los aceites
lubricantes y como aceites base para grasas lubricantes.
1) Sintésis = Preparación de un compuesto químico (fabricación articifial)
Propiedades:
Los aceites sintéticos destacan por sus condiciones de servicio extremas,
como, por ejemplo:
• altas y/o bajas temperaturas,
• elevadas solicitaciones/cargas
• altas revoluciones
• medios agresivos.
Tipo Aplicaciones Principales Poli Alfa Olefinas (PAOs) Automotriz e Industrial Esteres Acidos Dibasicos Aeronáutica y Automotriz Polyol Esteres Aeronáutica y Automotriz Aromáticos Alkilados Automotriz e Industrial Polialquilen Glicoles Industrial Esters Fosfatados Industrial
Cifras características para diferentes clases de viscosidad
1 2 3
Clase de viscosidad ISO
según DIN 51519
Cifra
característica1)
Viscosidad cinemática2) mm²/s
Viscosidad dinámica2)
mPa s
a 20 °C a 40 °C a 50 °C a 40 °C
ISO VG 2 2 ≈ 3,3 2,2 ≈ 1,3 ≈ 2,0
ISO VG 3 3 ≈ 5 3,2 ≈ 2,7 ≈ 2,9
ISO VG 5 5 ≈ 8 4,6 ≈ 3,7 ≈ 4,1
ISO VG 7 7 ≈ 13 6,8 ≈ 5,2 ≈ 6,2
ISO VG 10 10 ≈ 21 10 ≈ 7 ≈ 9,1
ISO VG 15 15 ≈ 34 15 ≈ 11 ≈ 13,5
ISO VG 22 22 - 22 ≈ 15 ≈ 18
ISO VG 32 32 - 32 ≈ 20 ≈ 29
ISO VG 46 46 - 46 ≈ 30 ≈ 42
ISO VG 68 68 - 68 ≈ 40 ≈ 61
ISO VG 100 100 - 100 ≈ 60 ≈ 90
ISO VG 150 150 - 150 ≈ 90 ≈ 135
ISO VG 220 220 - 220 ≈ 130 ≈ 200
ISO VG 320 320 - 320 ≈ 180 ≈ 290
ISO VG 460 460 - 460 ≈ 250 ≈ 415
ISO VG 680 680 - 680 ≈ 360 ≈ 620
ISO VG 1000 1000 - 1000 ≈ 510 ≈ 900
ISO VG 1500 1500 - 1500 ≈ 740 ≈ 1350 1) Las cifras características son las viscosidades medias + 10 %. 2) La conversión de la viscosidad cinemática a la viscosidad dinámica se basa en los valores medios de la densidad de diferentes aceites lubricantes La unidad SI de la viscosidad cinemática es m²/s. 1 mm²/s = 1 ⋅ 10-6 m²/s La unidad SI de la viscosidad dinámica es el segundo Pascal (Pa ⋅ s) 1 mPa s = 1 ⋅ 10-3 Pa s
Clases de viscosidad SAE para aceites lubricantes para motores según SAE J300 Clase de viscosidad SAE
Viscosidad aparente máxima1) en mPas a temperatura °C
Temperatura de bombeo mínima
límite 2) °C
Viscosidad cinemática 3) a 100 °C mm²/s
min. Max.
0 W 3250 a -30 -35 3,8 - 5 W 3500 a -25 -30 3,8 -
10 W 3500 a -20 -25 4,1 - 15 W 3500 a -15 -20 5,6 - 20 W 4500 a -10 -15 5,6 - 25 W 6000 a -5 -10 9,3 -
20 30 40 50
- - - -
- - - -
5,6 9,3
12,5 16,3
< 9,3 < 12,5 < 16,3 < 21,9
1) Ensayo según DIN 51 377 2) Ensayo según ASTM D 3829 3) Ensayo según DIN 51 550 en combinación con DIN 51 561 resp. DIN 51 562 parte 1
Clasificación SAE para aceites lubricantes de engranajes de vehículos (SAE J 306) Clase de viscosidad SAE
Temperatura límite para una viscosidad aparente de
150 000 mPa °C
Viscosidad cinemática a 100 °C según DIN 51 550
mm²/s min. max.
70 W -55 4,1 -
75 W -40 4,1 -
80 W -26 7,0 -
85 W -12 11,0 -
90 - 13,5 < 24,0
140 - 24,0 < 41,0
250 - 41,0 -
Clasificación API para aceites lubricantes para motores (Véase SAE; extracto) Aceite para motores a Gasolina (S = Servicio)
Clasificación API para aceites lubricantes de engranajes de vehículos (Véase SAE J 308c)
Clasificaciones API
Condiciones de servicio para el aceite de engranajes
Tipo de engranaje
GL-1 Operación suave de velocidad deslizante y baja presión
Engranajes Cónico Helicoidal y Sinfín y ciertas transmisiones manuales con sincronizadotes de metales amarillos. El lubricante de este servicio posee antiherrumbrantes, anticorrosivos, antiespumantes y depresores de fluidez. No contienen modificadores de fricción y aditivos de extrema presión.
GL-2 Condiciones moderadas Engranajes Sinfín, sujetos a condiciones de carga, temperatura y velocidad de deslizamiento por lo que requieren lubricantes con aditivos antidesgaste y leve extrema presión.
GL-3 Condiciones moderadamente severas
Transmisiones manuales y ejes Cónicos Helicoidales que operando con carga y velocidad moderadamente severas, por lo que requieren extrema presión
GL-4 Condiciones severas de carga y velocidad deslizante
Engranajes Hipoidales, particularmente en carros de pasajeros y otros equipos automotores que operen bajo condiciones de alta velocidad - bajo torque o viceversa. Contenido medio de Extrema Presión.
GL-5 Condiciones muy severas de presión, impacto y deslizamiento
Todos los engranajes, particularmente hipoidales en carros de Pasajeros y otros equipos automotores sujetos a condiciones de alta velocidad y carga de impacto, alta velocidad y bajo torque, y baja velocidad y alto torque. Alto nivel de Extrema Presión
MT-1 Condiciones de trabajo pesado, no cubiertas por lubricantes que cumplen API GL-1 al API GL-5.
Transmisiones manuales no sincronizadas y mandos finales en autobuses y camiones de servicio pesado. Los Lubricantes que cumplen los requerimientos del API MT-1, dan protección contra la degradación térmica, componentes del desgaste y deterioro de los sellos de aceite.
VII: Tipos de grasas lubricantes
Los aceites lubricantes no son adecuados para todas las aplicaciones
técnicas, dado que gotean y a lo largo de un intervalo de tiempo prolongado
no permanecen en el punto a lubricar.
Tampoco se pueden equipar todos los puntos de fricción con una
alimentación continua de aceite lubricante. Para este y otros casos se
emplean grasas lubricantes.
En muchos casos ejercen además la función de estanqueidad.
A causa de su estructura pastosa, las grasas lubricantes pueden permanecer más tiempo en el punto de fricción o ofrecer una barrera
adicional contra sustancias extrañas.
Fundamentalmente, en las grasas lubricantes se diferencian dos tipos:
Tipo 1:
Grasas lubricantes con espesantes jabonosos Jabón simple, jabón mixto, jabón complejo con diferentes bases metálicas, p. ej. litio (Li), sodio (Na), calcio (Ca), bario (Ba), aluminio (Al), etc.
Aceite mineral como fase líquida
Fluidos sintéticos como fase fluida (p.ej. silicona, ester)
Tipo 2:
Los llamadas lubricantes adherentes que se caracterizan por su capacidad
especial de adherencia a las superficies en fricción, en su estructura básica
se componen de los tipos de grasas lubricantes 1 o 2.
En los lubricantes adherentes se diferencian entre los siguientes grupos
principales:
• lubricantes pulverizables no bituminosos con y sin
lubricante sólido
• lubricantes bituminosos
• Lubricantes bituminosos/no bituminosos con disolventes y sin
lubricante sólido
VIII.- ESPESANTES.
Entre los espesantes se diferencia entre
• espesantes jabonosos
• espesantes no jabonosos.
Grasas lubricantes con espesantes no jabonosos Sustancias sólidas orgánicas e inorgánicas, p. ej. arcilla (bentonita), gel de sílice, poliureas, plásticos (PTFE)
Aceite mineral como fase líquida
Fluidos sintéticos como fase líquida
Para la fabricación de grasas lubricantes con espesantes jabonosos se
necesitan:
• Aceite base (aceite mineral o aceite sintético)
• Acido graso (p. Ej. Ácido esteárico1) o bien Ester
glicérido2) de los ácidos grasos
• Base3) (p. Ej. Hidróxido de litio4) = LiOH,
hidróxido de sodio = NaOH,
hidróxido de calcio= Ca(OH2) etc.
Para la fabricación de grasas lubricantes con espesantes no jabonosos se necesitan: • Aceite base (aceite mineral o aceite sintético)
• Sustancias orgánicas e inorgánicas (p. Ej. Bentonita, gel de sílice,
plásticos)
En las grasas lubricantes con espesantes jabonosos se distinguen tres tipos fundamentales:
Base Tipo de grasa lubricante
Comportamiento frente al agua
Temperatura de uso
Hidróxido de calcio Ca (OH)2
grasas de jabón calcio
hidrófugo Hasta Max. 60 °C;
Hidróxido de sodio Na OH
grasas de jabón con sodio
soluble en agua Hasta Max. 120 °C;
Hidróxido de litio Li OH
grasas de jabón litio
hidrófugo Hasta Max. 120 °C;
1) Acido esteárico = ácido orgánico monovalente en cadena 2) Ester glicérido = ácidos grasos neutralizados con glicerina Glicerina = alcohol trihodroxilio 3) Lejía = solución acuosa de un hidróxido 4) Hydróxido = compuesto de un metal con uno o más hidróxidos (grupos OH)
Las grasas con la misma base y el mismo tipo de aceite base pueden mezclarse. Este es el caso de las grasas saponificadas a base de calcio o litio. Pero en caso las grasas saponificadas con sodio no son compatibles
con las otras.
IX.- FABRICACIÓN DE GRASAS.
La fabricación de grasas lubricantes se realiza según los siguientes
procedimientos:
Proceso continuo:
Este procedimiento es el empleado, sobre todo, por las grandes
compañías petroleras para el mezclado de aceites minerales con jabones
para la fabricación en gran escala (grasas lubricantes del mismo tipo).
Proceso discontinuo (fabricación por lotes):
Este procedimiento se emplea para la fabricación de grasas lubricantes
especiales.
X.- PENETRACIÓN
Como es conocido, la viscosidad de un aceite lubricante se expresa por
medio de la cifra característica de la misma. La consistencia de una grasa se
expresa con la PENETRACION (profundidad de penetración). Se mide
dejando que penetre un cono de ensayo normalizado caiga durante 5
segundos en una muestra de grasa lubricante. La profundidad de
penetración se mide en décimas de milímetros (1/10 mm).
En general, rige:
Grasa lubricante blanda → gran profundidad de penetración
Dispositivo de lectura de la profundidad de penetración división 1/10 mm
Cono de ensayo
Duración 5 s
Profundidad de Penetración
En la determinación de la penetración se distingue entre:
• Penetración no trabajada • Penetración trabajada
En la penetración trabajada, la muestra de grasa se batana en un "amasador
de grasa" especial. Esto se puede realizar manualmente o con máquina.
Para la misma grasa lubricante, la profundidad de penetración trabajada de la grasa es siempre mayor que la profundidad de penetración
no trabajada.
A las diferentes profundidades de penetración (en 1/10 mm) se asignan
"números de consistencia" especiales (clases NLGI).
Clase NLGI1) Penetración trabajada en décimas de milímetros
000 00 0
445 a 475 400 a 430 grasas fluidas 355 a 385
1 2 3
310 a 340 265 a 295 grasas blandas 220 a 250
4 5 6
175 a 205 130 a 160 grasas consistentes 85 a 115
1) NLGI = National Lubricating Grease Institute (EE.UU.)