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Jiménez Macias Magaly
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS
“ANÁLISIS DE METALES EN ACEITES LUBRICANTES AUTOMOTRICES USADOS POR ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA”
T E S I S QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO QUIMICO INDUSTRIAL P R E S E N T A
J I M É N E Z M A C I A S M A G A L Y
Jiménez Macias Magaly
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
D E D I C A T O R I A
A mi padre ...
Padrecito Somos dos y parecemos uno solo, que además de ser un padre eres un amigo en el que puedo confiar.
Gracias por los consejos que me has dado y que no podré olvidar, a ti te tengo que agradecer todo esto y mucho más.
Gracias por ser como eres, por darme todo, por luchar tanto para sacarme adelante.
Gracias por enseñarme el respeto y el valor el cual siempre lo llevaré en mi Corazón.
TE AMO
A mi familia, por el cariño y confianza que me brindan en
todo momento, pero sobre todo por estar, cada uno a su manera, respaldándome para alcanzar mis objetivos .
A mis amigos por los gratos momentos que hemos compartido, su enorme apoyo y su inigualable amistad
Jiménez Macias Magaly
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
A G R A D E C I M I E N T O S
A la profesora Q.F.B. Maria del Rosario Aguilar por su orientación y consejos para la realización de este trabajo sin los cuales no hubiera podido terminarlo.
Ella me animó a comenzarlo y me ayudó a superar todos los obstáculos que se me presentaron. Sus conocimientos y experiencia en el campo de la Química Analítica han sido fundamentales para la correcta
terminación de esta tesis.
Quiero agradecer a la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas del Instituto Politécnico Nacional la oportunidad brindada para realizar mis estudio de Licenciatura
Jiménez Macias Magaly
Instituto Politécnico Nacional
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas
C O N T E N I D O
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
I. GENERALIDADES
1.1. Aceites Lubricantes
1.1.1. Pruebas Fisicoquímicas para Aceites Lubricantes
1.1.2. Aceites Usados
1.1.3. Funcionamiento del motor
1.1.4. Repercusiones del contenido de metales de desgaste en aceites usados.
1.1.5. Mantenimiento predictivo en motores de gasolina y diesel
1.1.6. Diagnóstico técnico de motores Diesel
1.1.7. Asociaciones relacionadas con aceites lubricantes
1.2 Fundamentos de Absorción Atómica
1.2.1. Instrumentación
1.2.2. Interferencias Analíticas
1.2.3. Análisis Cuantitativo
1.3 Métodos de prueba para el análisis de aceites lubricantes.
II. EXPERIMENTACIÓN
2.1 Base de la experimentación
2.1.1 Características de los aceites lubricantes usados de los motores diesel y de
gasolina
2.1.2 Muestreo del aceite lubricante
2.2 Desarrollo Experimental
2.2.1 Material
2.2.2 Reactivos
2.2.3 Preparación de estándares
2.2.4 Tratamiento de la muestra
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2.2.5 Selección de las condiciones de operación del equipo
2.2.6 Calibración del equipo
2.2.7 Elaboración de las curvas de calibración
III. ANÁLISIS DE METALES DE DESGASTE EN ACEITES LUBRICANTES POR
ESPECTROSCOPIA DE ABSORCIÓN ATÓMICA
3.1 Motores a Diesel
3.1.1 Caterpillar
3.1.2 Mercedes Benz
3.1.3 Detroit Diesel
3.1.4 Cummins
3.2 Motores a Gasolina
3.2.1 Nissan-91
3.2.2 Komatsu-98
3.2.3 General Motors-94
3.3 Cálculos
IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 Interpretación de los resultados
Conclusiones y Recomendaciones
Bibliografía
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R E S U M E N
El contenido de este trabajo comprende un fundamento teórico, así como analítico para la
determinación del contenido de metales (Cr, Fe, Cu) en aceites lubricantes usados de
diferentes modelos de motores a Diesel y a gasolina.
Al inicio se describen las características técnicas de los aceites lubricantes para el uso
automotriz, y el funcionamiento que tiene dentro de un motor a Diesel y de Gasolina,
mencionando las partes más afectadas por el tiempo de uso del aceite lubricante, incluyendo
a las organizaciones encargas de la regulación de los límites de detección de dichos metales
de desgaste. También se describen los fundamentos de la técnica espectroscópica de
absorción Atómica para cuantificar dichos metales.
Después se menciona la experimentación para el desarrollo del método de prueba ASTM D-
5863-00 por la técnica analítica de Absorción Atómica, que se emplea para la determinación
de Cobre (Cu), Cromo (Cr) y Fierro (Fe) en aceites lubricantes usados, material utilizado,
reactivos, preparación de estándares, tratamiento de la muestra, y calibración del equipo
Finalmente se lleva a cabo el análisis del porciento de recuperación obtenido en cada uno de
los elementos en estudio de motores a Diesel y Gasolina. Por último se presentan los
resultados en una tabla, así como la discusión de los mismos y las conclusiones de este
estudio.
Jiménez Macias Magaly
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I N T R O D U C C I Ó N
Cuando pensamos en herramientas mecánicas, siempre pensamos en llaves, desarmadores y
lámparas de tiempo. Pero muchos mecánicos y operadores que manejan de todo tipo de
máquinas movidas por diferentes tipos de combustible descubrieron otra herramienta; el
análisis del aceite, que los ayuda a reducir tiempo, reducir costos de reparación, prolongar la
vida de la máquina, entre muchas otras ventajas, además de que dicho análisis nos ayuda a
tener una idea más clara de las condiciones en que se encuentra el aceite lubricante.
Los aceites lubricantes fueron creados específicamente para el uso industrial, ya que suelen
utilizarse para reducir el rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento, entre otras
funciones destacan su aplicación como refrigerante, eliminador de impurezas, anticorrosivo,
transmisor de energía. Después de su uso el aceite adquiere concentraciones elevadas de
metales pesados debido al desgaste del motor y por el contacto con los combustibles, es por
ello, que es necesario determinar las condiciones del aceite nuevo así como el resultado
obtenido después de lubricar el motor con el fin de determinar las condiciones del aceite,
puesto que una vez que ha alcanzado los limites de su utilidad debe ser cambiado para
identificar los problemas a tiempo y antes de que causen un daño permanente en la
máquina.
Hoy en día el diagnóstico técnico de motores, tanto diesel como de gasolina ha evolucionado
enormemente. Existen diversos métodos, entre ellos se encuentra el análisis de laboratorio
del aceite lubricante que se emplea con rigurosidad científica para saber qué es lo que está
ocurriendo en el interior del motor.
En el presente trabajo se hace mención de una serie de pruebas de laboratorio, que
permiten evaluar las características físico-químicas de los aceites lubricantes y determinar
indirectamente el estado técnico de los componentes del motor, la técnica utilizada en este
trabajo para determinar las condiciones del aceite que a su vez nos dirige a un diagnóstico
acerca del motor es la de Absorción Atómica, en la cual al observar los resultados del análisis
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de aceite, es posible elaborar el diagnóstico sobre el estado del motor; empleando la relación
"causa-efecto".
En la actualidad los programas de análisis de aceite utilizan tecnología e instrumentos de
laboratorio modernos para determinar el estado técnico del aceite lubricante. En el presente
trabajo se presenta la relación entre el resultado del análisis del aceite lubricante a través de
la técnica de Absorción Atómica y el diagnóstico de los motores Diesel, gasolina de diversa
aplicación.
Capitulo I
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Capitulo I
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I. GENERALIDADES
La contaminación ambiental es un alto precio que se esta
pagando por el desarrollo industrial. En la actualidad es común
encontrar en nuestro hábitat contaminación por productos
químicos generados de las industrias del circuito comercial del
automóvil.
1.1. ACEITES LUBRICANTES
Un aceite lubricante es un líquido usado para disminuir la fricción entre dos superficies, éstos
son usados en el interior de los motores donde las condiciones de operación hacen que
después de cierto periodo de uso se degraden en compuestos cuyas características no
permiten su utilización como lubricantes.
Los aceites lubricantes tienen entre sus funciones:
Evitar la formación de residuos gomosos
Evitar la formación de lodos
Mantener limpias las piezas del motor
Formar una película continua y resistente
Permitir la evacuación de calor.
El aceite lubricante tanto para uso en automóviles e industrias, está compuesto en general
(excepto en aceites sintéticos) por una base orgánica y aditivos, estos últimos utilizados para
aumentar su rendimiento, eficiencia y vida útil. La composición de la base orgánica está
formada de cientos de miles de compuestos orgánicos, siendo la gran mayoría compuestos
aromáticos polinucleares (PNA). Algunos de estos PNA son considerados cancerígenos, sin
embargo, existen otros combustibles cuyas concentraciones de PNA son superiores, por lo
que los PNA tanto en aceite lubricante virgen como usado no son la mayor fuente de
preocupación. Los aditivos de la base orgánica del aceite que pueden llegar a constituir hasta
un 30 % en volumen del total de aceite virgen, típicamente contienen constituyentes
inorgánicos como azufre, nitrógeno, compuestos halogenados y trazas de metales.
Capitulo I
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COMPONENTES DE UN ACEITE LUBRICANTE
1. BASE LUBRICANTE
Los aceites lubricantes están constituidos por una base lubricante la cual provee las
características lubricantes primarias. La base lubricante puede ser base lubricante mineral
(proveniente del petróleo crudo), base lubricante sintético o aceite base lubricante vegetal
según la aplicación que se le va a dar al aceite.
Tipos de Bases Lubricantes
Aceite mineral
Las bases lubricantes minerales son refinadas del crudo del petróleo, sus características están
determinadas por la fuente de crudo y el proceso especifico de refinación usado por el
fabricante. Existen dos tipos principales de crudos de petróleo: crudo parafínico y crudo
nafténico. El crudo parafínico es el más usado para la fabricación de aceites lubricantes, su
alta composición en componentes parafínicos hace que su índice de viscosidad sea más
elevado que el de el crudo nafténico.
Aceite sintético
Las bases lubricantes sintéticas son fabricadas por procesos especiales (distintos a la
refinación) para realizar funciones especificas, lo cual les otorga 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 suministran 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.
Capitulo I
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Aceite vegetal
Las bases lubricantes vegetales tienen tasas de biodegradación más altas, por esto estas
base lubricantes son usadas 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.
2. ADITIVOS
El aceite base debe estar acompañado de aditivos o se degradará rápidamente, los aditivos
son compuestos químicos que se adicionan a los aceites lubricantes para otorgarle
propiedades especificas. Algunos aditivos otorgan nuevas y útiles propiedades a un
lubricante, la mayoría de estas propiedades reducen la tasa a la cual ocurren algunos
cambios indeseables en el aceite durante el funcionamiento. Los aditivos pueden tener
efectos colaterales negativos, especialmente si su dosis es excesiva o si ocurren reacciones
indeseables entre los aditivos.
No es recomendable el uso de aditivos por parte del usuario final de un aceite lubricante, ya
que estos pueden alterar las propiedades del aceite. El fabricante del aceite es el responsable
de conseguir un balance de los aditivos para un desempeño óptimo.
Inhibidores de corrosión
Estos aditivos previenen la corrosión causada por ácidos orgánicos, que se producen en el
interior del aceite, y la causada por contaminantes arrastrados por el aceite. Estos
compuestos generalmente están hechos por sulfonatos o fenatos.
Detergentes
Los detergentes neutralizan los ácidos en el aceite y ayudan a mantener el aceite limpio
neutralizando los precursores de depósitos que se forman bajo altas temperaturas o como el
resultado de quemar combustibles con un alto contenido de sulfuro. Los principales
detergentes usados en la actualidad son sales de metales alcalinotérreos como bario, calcio y
magnesio, conocidos como compuestos órgano-metálicos
Capitulo I
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Dispersantes
El término dispersante se reserva para designar aquellos aditivos capaces de dispersar los
lodos húmedos originados en el funcionamiento frío del motor. Suelen estar constituidos por
una mezcla compleja de productos no quemados de la combustión, carbón, óxidos de plomo
y agua, los dispersantes recubren a cada partícula de una película por medio de fuerzas
polares, que repelen eléctricamente a las otras partículas, evitando se aglomeren.
Aditivos antidesgaste
Estos aditivos son usados en muchos aceites lubricantes para reducir la fricción, el desgaste,
estas se producen cuando no se puede mantener una película lubricante completa,
haciéndose progresivamente más delgada, debido a incrementos de carga o temperatura,
produciéndose un contacto entre las piezas a través de las irregularidades o asperezas que
estas pudieran presentar, cuando estas irregularidades hacen contacto se producen los
rayones y se perfora la superficie de la pieza. Los principales aditivos usados para evitar el
desgaste son: ácidos grasos y esteres.
Aditivos de presiones extremas
Estos compuestos llamados EP (extrema presión) son requeridos en condiciones de operación
a altas temperaturas o bajo cargas pesadas para reducir la fricción, controlar el desgaste y
prevenir graves daños en la superficie de las piezas.
Antiespumantes
Las moléculas de estos aditivos se pegan a las burbujas de aire en la espuma, produciendo
puntos débiles en la burbuja para que esta colapse. El volumen adicionado de éste aditivo es
crítico, ya que mucha cantidad incrementa el potencial de producir espuma. Los
antiespumantes usados son polímeros de la silicona y polímeros orgánicos.
Capitulo I
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Depresor del punto de fluidez
Estos aditivos ayudan a mantener el aceite como un perfecto fluido a bajas temperaturas al
inhibir la conglomeración de partículas de cera que impedirían el flujo del aceite, estos
aditivos en realidad hacen uso de las propiedades coligativas de la solución ocasionando un
descenso crioscópico, el punto de fusión de las partículas de cera disminuye mas no
desaparece. Los aditivos usados para este fin son los alquilaromáticos.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS ACEITES LUBRICANTES
Los aceites usados se clasifican según sus características físicas, ya que son las más fáciles
de medir y en última instancia son las que determinan el comportamiento del aceite en el
interior del motor.
Color
El color de la luz que atraviesa los aceites lubricantes varia de negro (opaco) a transparente
(claro). Las variaciones en el color de los aceites lubricantes resulta de:
Diferencias en los petróleos crudos
Viscosidad
El método y grado de tratamiento durante la refinación
La cantidad y naturaleza de los aditivos usados.
El color tiene poco significado al momento de determinar el desempeño de un aceite.
Número total de bases (TBN)
Una de las funciones del aceite de motor es neutralizar los ácidos creados durante el proceso
de combustión, esto es de particular importancia cuando se usan combustibles con un alto
contenido de sulfuros. La cantidad de ácido que un aceite puede neutralizar es expresado en
términos de la cantidad requerida de una base estándar para neutralizar el ácido en un
volumen especificado de aceite, esta característica de un aceite es llamada TBN.
Punto de fluidez
Éste punto es la temperatura más baja a la cual fluirá el aceite cuando es enfriado bajo unas
condiciones preestablecidas. La mayoría de los aceites contienen ceras disueltas, cuando el
Capitulo I
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aceite comienza a enfriarse las ceras se empiezan a separar en cristales que se interconectan
para formar una estructura rígida, reduciendo la habilidad del aceite a fluir libremente. La
agitación mecánica puede romper la estructura de las ceras, así es posible tener un aceite
por debajo de su punto de fluidez. La importancia de esta propiedad depende del uso que se
le va a dar al aceite.
Cenizas sulfatadas
Son el residuo no combustible de un aceite usado. Contenidos excesivos de cenizas
ocasionan depósitos de cenizas que pueden afectar el desempeño del motor, su potencia y
eficiencia, aunque muy poca cantidad de cenizas proporciona una menor protección contra el
desgaste. Los detergentes y el zinc difosfato son las fuentes más comunes de las cenizas.
Viscosidad
Probablemente la propiedad más importante de un aceite lubricante es la viscosidad. La
viscosidad es un factor fundamental para:
La formación de películas lubricantes
Afecta la generación de calor y el enfriamiento de cilindros, engranes y
cojinetes.
La viscosidad rige el efecto sellante del aceite, la tasa de consumo del aceite y determina la
facilidad con la cual la maquinaria se enciende en condiciones de frío. Al momento de
seleccionar el aceite apropiado para una aplicación dada la viscosidad es la consideración
primaria, esta debe ser lo suficientemente alta para proveer películas lubricantes y no tanto
como para que las perdidas debidas a la fricción sean excesivas. Como la viscosidad es un
factor de la temperatura es necesario considerar las temperaturas de operación del aceite en
la maquinaria.
Capitulo I
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FACTORES DE DETERIORO DE LOS ACEITES LUBRICANTES
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 como la temperatura y el estado son los
factores más influyentes para el deterioro del aceite.
Temperatura de operación
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 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.
Capitulo I
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Agua
Esta se encuentra principalmente por la condensación del vapor presente en la atmósfera o
en algunos casos se debe a fugas en los sistemas de enfriamiento del aceite. El agua
presente en el aceite provoca emulsificación del aceite, o puede lavar la película lubricante
que se encuentra sobre la superficie metálica provocando desgaste de dicha superficie.
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.
Sólidos y polvo
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.
1.1.1 PUEBAS FISICOQUÍMICAS PARA ACEITES LUBRICANTES
Los problemas que degradan el aceite en servicio pueden ser detectados por uno o más
procedimientos de prueba, algunas de estas pruebas pueden ser hechas en el mismo lugar
donde se encuentra operando el aceite, otras deben ser realizadas en el laboratorio. Las
pruebas establecidas para aceites lubricantes 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.
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.
Capitulo I
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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.
Tabla 1.1 Pruebas para aceites lubricantes usados y normas que rigen su empleo.
No ASTM
NOMBRE DE LA PRUEBA PROPOSITO UNIDADES
D 92 Punto de inflamación e ignición copa abierta
Revisar contaminación con solvente
°C / °F
D 93 Punto de inflamación Mismo que D 92 °C / °F D 95 Agua por destilación Medir contaminación con
agua Vol %
D 96 Agua y sedimentación Recupera agua y sólidos por centrifugación
Vol %
D 97 Punto de escurrimiento Revisar habilidad para operar a baja temperatura
°C / °F
D 445 Viscosidad cinemática Verificar si la viscosidad ha cambiado
Cst
D 482 Cenizas Verificar la contaminación con sólidos o pérdidas del compuesto
% masa
D 664 Número de neutralización por titulación potenciométrica (No. Total ácido9
Medir contenido ácido para verificar la cantidad de oxidación
mg KOH/g
D 665 Características de prevención de herrumbre
Prevención de herrumbre Pasa/ no pasa
D 877 Bajo de voltaje dieléctrico usando electrodos de disco
Verificar pérdida de aislamiento
KV
D 892 Características espumantes del aceite
Ver si el aceite ha perdido protección antiespumante
mL. espuma
D 893 Insolubles en aceites usados Detectar la presencia de resinas
% masa
D 971 Tensión interfacial del aceite contra el agua
Detectar el deterioro por oxidación o contaminación principalmente en aceites aislantes
Dinas/cm mN/m
D 974 Número de neutralización por titulación color-indicador
Medir el contenido ácido de los aceites. No se use con aceites oscuros
mg KOH/g
D 1401 Características de emulsión de aceites de petróleo y fluidos sintéticos
Medir que tan rápido el agua se separa del aceite
Tiempo a 3 mL. De emulsión
D 1480 Densidad y gravedad específica por el picnómetro Bingham
Medida básica para ayudar a identificar un fluido
g/mL
Capitulo I
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D 1744 Agua en productos líquidos por reactivo Kart Fischer
Medir pequeñas cantidades de agua (1000 ppm max)
ppm
D 2272 Estabilidad de oxidación por bomba de rotación
Medir oxigeno en bomba de presión
Minutos a 25 psi
D 2276 Contaminación de combustibles de turbinas
Medir sólidos por filtración precisa
mg/L
D 2670 Medir propiedades desgastante de lubricantes fluidos (método Falex)
Medir resistencias de desgaste de EP (extrema presión)
Desgaste total
D 2782 Medición de propiedades de extrema presión de fluidos lubricantes (método Timken)
Ver 2670, se diferencia entre aceites que tengan bajo, medio y alto nivel EP
Libras
D 2783 Medición de propiedades EP (extrema presión)
Ver 2782 Kgf
D 2893 Características de oxidación de EP Medir resistencia de oxidación después de 312 Hr. A 95°C por incremento de viscosidad
Ver método
D 2896 No. Base total por titulación potenciométrica con ácido perclórico
Medir la alcalinidad mg KOH/g
D 3233 Medida Ep (Método Falex) Ver D 2782 Libras D 3603 Características para prevención de
herrumbre de aceites turbinas en presencia de agua
Es un método más discriminativo que D 665
Pasa/falla
D 5863 Determinación de metales de desgaste por AA
Identificación de metales como Niquel, Vanandio, Fierro, Cobre, Cromo, y Sodio
%masa o ppm
D 4628 Determinación de metales de composición por Espectroscopia de Absorción atómica
Identificación de metales como bario, Calcio, Magnesio y Zinc
%masa o ppm
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
Capitulo I
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1.1.2 ACEITES USADOS
Después de su uso, el aceite lubricante adquiere concentraciones elevadas de metales
pesados producto principalmente del desgaste del motor o maquinaría que lubricó y por
contacto con combustibles. Además, se encuentran con frecuencia solventes clorados en los
aceites usados, provenientes del proceso de refinación del petróleo, principalmente por
contaminación durante el uso (reacción del aceite con compuestos halogenados de los
aditivos) o por la adición de estos solventes por parte del generador. Dentro de los solventes
que principalmente figuran son tricloroetano, tricloroetileno y percloroetileno. La presencia de
solventes clorados, junto con altas concentraciones de algunos metales pesados constituyen
la principal preocupación de los aceite usados.
Los aceites lubricantes sufren una descomposición luego de cumplir con su ciclo de operación
y por tal motivo es necesario reemplazarlos. Después del uso de un aceite queda hollín en el
interior, éste es una parte de hidrocarburo parcialmente quemado que existe como partícula
individual en el aceite, los tamaños de estas partículas varían de 0.5 a 1.0 μm y
generalmente se encuentran muy dispersas por lo cual es muy difícil su captación para su
posterior filtración.
Durante la combustión en el interior de los motores algunos materiales en el combustible,
como el sulfuro, pueden convertirse en ácidos fuertes, éstos se condensan en las paredes del
cilindro llegando al aceite, el cual transporta los ácidos a las paredes de los cilindros y
desgastan estas piezas metálicas.
La descomposición de los aceites de motor se debe especialmente a una reacción de
oxidación, esto ocurre cuando las moléculas del aceite reaccionan químicamente
Si no se recoge adecuadamente, el aceite de motor usado causa graves problemas a nuestro
entorno:
Si se arroja a la tierra el aceite usado, éste contiene una serie de hidrocarburos que
no son degradables biológicamente que destruyen el humus vegetal y acaban con la
fertilidad del suelo. El aceite usado contiene asimismo una serie de sustancias tóxicas
como el plomo, el cadmio y compuestos de cloro, que contaminan gravemente las
tierras. Su acción contaminadora se ve además reforzada por la acción de algunos
Capitulo I
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aditivos que se le añaden que favorecen su penetración en el terreno, pudiendo ser
contaminadas las aguas subterráneas.
Si se vierten a las aguas, directamente o por el alcantarillado, el aceite usado tiene
una gran capacidad de deterioro ambiental. En el agua produce una película
impermeable, que impide la adecuada oxigenación y que puede asfixiar a los seres
vivos que allí habitan: un litro de aceite contamina un millón de litros de agua.
Asimismo, el aceite usado, por su bajo índice de biodegradabilidad, afecta
gravemente a los tratamientos biológicos de las depuradoras de agua, llegando
incluso a inhabilitarlos.
Si el aceite usado se quema, sólo o mezclado con el combustible, sin un tratamiento
y un control adecuado, origina importantes problemas de contaminación y emite
gases muy tóxicos, debido a la presencia en este aceite de compuestos de plomo,
cloro, fósforo, azufre, etc. Cinco litros de aceite quemados en una estufa contaminan,
con plomo y otras sustancias nocivas, 1000.000 m3 de aire, que es la cantidad de aire
respirada por una persona durante tres años.
Análisis de aceites lubricantes usados
Los objetivos que se persiguen al realizar un análisis de aceites son los siguientes:
Establecer la condición del aceite.
Predecir fallas.
Evitar daños permanentes.
Disminuir paradas innecesarias.
Aumentar la vida útil del equipo.
Aumentar la disponibilidad del equipo.
Incrementar la eficiencia del equipo.
Reducir costos por mantenimiento, mano de obra y repuestos.
Establecer la frecuencia del cambio de aceite.
Asegurar el lubricante adecuado para el equipo.
Capitulo I
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Se analizan principalmente dos tipos de aceite, los de tipo industrial y el aceite de los
motores de combustión interna.
1.1.3 FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR
Un motor es una máquina que transforma la energía química presente en los combustibles,
en energía mecánica disponible a la salida. Podemos observarlo en un diagrama de bloques
de entradas y salidas, en donde se tiene como entrada al aire y combustible así como los
sistemas auxiliares necesarios para el funcionamiento como son los sistemas de lubricación,
refrigeración y energía eléctrica; y en el interior del motor, sistema de distribución,
mecanismos pistón-biela-manivela y como producto de salida final tendríamos la energía
mecánica utilizable, además tendríamos como residuos o productos de la ineficiencia los
gases de la combustión y calor cedido al medio.
Figura 1.1 Ejemplo de entradas y salidas de un motor
Los motores se utilizan para realizar un trabajo mecánico, su utilización es muy variada y el
rango de aplicaciones es muy amplio. Un motor consta de:
Un sistema de suministro de combustible o sistema de lubricación
Un sistema de suministro de aire
Un dispositivo para realizar la mezcla
Capitulo I
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Cámaras de combustión
Un sistema que transforma la energía calorífica en movimiento alternativo y este a su
vez mediante un mecanismo biela-manivela se transforma en un movimiento de
rotación.
En esta parte trataremos el funcionamiento de un motor explicando cada uno de los ciclos.
1º Ciclo Admisión: El pistón se encuentra en el Parte Media del
Sistema, las válvulas de admisión y escape cerradas. El pistón comienza
a descender, en ese momento la válvula de admisión se abre, dejando
pasar aire limpio mezclado con gasolina en una proporción de 15 a 1, es
decir quince partes de aire y una de gasolina. El pistón sigue aspirando
hasta llegar al Punto medio inferior ese momento esta lleno
completamente el cilindro y la cámara de compresión.
2º Ciclo Compresión: El pistón se encuentra en el punto inferior, la
válvula de admisión abierta y la válvula de escape cerrada. Al iniciar el
movimiento ascendente la válvula de admisión se cierra y la cabeza del
pistón comienza a comprimir la mezcla de
gasolina/aire. La mezcla se comprime hasta que la
mezcla alcanza la presión deseada en la parte
superior, donde finaliza este ciclo.
3º Ciclo Explosión/expansión: El pistón se encuentra en la parte
superior del sistema, las válvulas de admisión y escape cerradas. La
mezcla se encuentra fuertemente comprimida, en ese momento salta una
chispa en la bujía que inflama la mezcla. Al inflamarse se generan unos gases a alta presión
Figura 1.2 Ciclo de admisión de un motor
Figura 1.3 Ciclo de compresión
de un motor
Figura 1.4 Ciclo de explosión/expansión de
un motor
Capitulo I
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y temperatura en el interior de la cámara de combustión. Como la cámara de combustión es
estanca y los gases no pueden salir, se aumenta la presión hasta que logran empujar la
cabeza del pistón hacia abajo. Transmitiendo este movimiento a la biela y esta al cigüeñal.
Este movimiento es el único que realiza un trabajo, con lo cual es el único movimiento útil,
los demás movimientos no producen trabajo pero son necesarios para completar el ciclo. Los
gases siguen empujando la cabeza del pistón hasta llegar a la parte media del sistema.
4º Ciclo Escape: El pistón se encuentra en la parte media del sistema, la válvula de
admisión y la válvula de escape cerrada. En el interior del cilindro y la cámara de compresión
se encuentran los gases de la combustión a presión y temperatura, el pistón comienza el
movimiento ascendente hacia el punto superior del sistema, en ese
momento la válvula de escape se abre y comunica el interior del cilindro
con el exterior. El pistón continua con su movimiento efectuando un
barrido del interior del cilindro para desalojar los gases de la
combustión. Este barrido es muy importante para evacuar la totalidad de
los gases de escape y que en el siguiente ciclo, se pueda llenar el
cilindro completamente de aire limpio y gasolina. Cuando el pistón llega
a la parte máxima superior finaliza el ciclo.
PARTES DE UN MOTOR
A continuación se muestran las partes de un motor de 4 ciclos así como una simple
descripción de cada una de ellas.
Cilindro: el pistón se mueve de arriba a abajo dentro del cilindro. El motor descrito
aquí tiene un cilindro. En motores multi-cilindros estos están colocados en una de
tres formas: en línea, en V u opuestos, tal como se muestra en la figura 1.6
Figura 1.5 Ciclo de escape de
un motor
Capitulo I
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Figura 1.6 Formas de colocación de cilindros en motores multi-cilindros
Cuando se tienen diferentes colocaciones o configuraciones de los cilindros se tienen por
consiguiente diferentes efectos, costos de fabricación y características que las hacen más
convenientes a algunos vehículos.
Figura 1.7 Partes de un motor de 4 ciclos
Capitulo I
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Productor de chispa
Este provee la chispa que enciende la mezcla de aire/combustible para que pueda ocurrir la
combustión. La chispa debe suceder justo en el momento exacto.
Válvulas
Las válvulas de succión y descarga se abren en el instante en que la mezcla entra y cuando
sale. Note que las válvulas están cerradas durante la compresión y la combustión mientras
que la cámara de combustión está sellada.
Pistón
Un pistón es una pieza de metal cilíndrica que se mueve de arriba a abajo dentro del cilindro.
Anillos del Pistón
Proveen un sello movible entre el borde exterior e interior del cilindro. Los anillos sirven para
dos propósitos
1) Previenen que la mezcla de aire/combustible en la cámara de combustión se filtre
durante la compresión y combustión
2) Mantienen al aceite lejos del área de combustión, donde sería quemado
Cámara de combustión
Esta es el área donde la compresión y la combustión tienen lugar. Mientras el pistón se
mueve de arriba a abajo, puede ver que el tamaño de la cámara de combustión cambia.
Tiene un volumen máximo y un mínimo. La diferencia entre el máximo y el mínimo es
llamada desplazamiento, y es medida en litros o en centímetros cúbicos (CC's) donde 1000 cc
equivalen a un litro. Puede obtenerse un mayor desplazamiento, incrementando el número
de cilindros o agrandando la cámara de combustión (o los dos).
Conector
Conecta el pistón a la polea. Puede rotar y moverse para que la polea ruede.
Polea
Hace que el movimiento de arriba a abajo de pistón se transforme en un movimiento circular.
Capitulo I
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SUBSISTEMAS DEL MOTOR
Una máquina tiene varios subsistemas que ayudan a hacer su trabajo para convertir
combustible en movimiento. La mayoría de esos subsistemas pueden ser implementados
utilizando diferentes tecnologías, y mejores tecnologías pueden mejorar el rendimiento del
motor. A continuación se presentan una descripción de todos los diferentes subsistemas
usados en los motores modernos:
Sistema de lubricación
El sistema de lubricación asegura que en cada movimiento del motor, éste reciba aceite para
que se pueda mover con facilidad. Las dos principales partes del motor que necesitan aceite
son los pistones (para que se puedan deslizar fácilmente en su cilindro) y la polea para que
pueda rotar libremente. En la mayoría de los autos el aceite es succionado por una bomba,
corre hacia el filtro para quitarle impurezas, y luego es suministrado poco a poco en las
paredes del cilindro. El aceite usado es recolectado y utilizado para repetir el ciclo.
Sistema del combustible
Bombea gasolina desde el tanque y lo mezcla con aire para que pueda ir a los cilindros. Hay
tres maneras comunes de repartir el combustible:
Carburación
Inyección directa
Inyección de puerto
En la carburación un aparato llamado carburador mezcla gasolina con aire y lo envía al
motor. Para motores de inyección de combustible, el combustible es inyectado
individualmente a cada cilindro justamente a la válvula de succión (inyección de puerto) o
directamente en el cilindro (inyección directa).
Sistema de descarga
Incluye el tubo de escape y el mofle. Sin un mofle lo que se escucharía es el ruido de muchas
pequeñas explosiones que vienen al escape. Un mofle reduce el sonido.
Capitulo I
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Tren de válvulas
Un tren de válvulas consta de las válvulas y un mecanismo que las abre y cierra. El sistema
de abrir y cerrar es llamado árbol de levas. El árbol de levas tiene mecanismos que mueven
las válvulas de arriba a abajo, como se muestra en la figura.
Figura 1.8 Árbol de levas
La mayoría de motores modernos tienen lo que es llamado árbol de levas superior. Esto
significa que el árbol de levas está ubicado sobre las válvulas (como se muestra en la figura
1.4). El árbol de levas activa las válvulas directamente mediante una unión muy breve. Los
motores más antiguos utilizan un árbol de levas ubicado en un sumidero cerca a la polea.
Sistema de encendido
Produce un alto voltaje eléctrico y lo transmite al productor de chispas por medio de cables
de encendido. La carga primero va a un ditribuidor, el cual se puede localizar muy
facilmente. El distribuidor tiene un cable central y 4, 6 ó 8 cables (dependiendo del número
de cilindros) adicionales. Esos cables de encendido envían la carga a cada generador de
chispa.
Sistema de enfriamiento
En la mayoría de los autos se encuentra un radiador y una bomba de agua. El agua que
circula alrededor del cilindro y viaja al radiador para enfriarlo.
Sistema de succión de aire
En la mayoría de los autos el aire fluye a través de un filtro directo a los cilindros. Las
máquinas de alto desempeño están muy cargadas, haciendo que el aire que llegua a la
máquina sea primero presurizado (así que más mezcla de aire/combustible puede ser metida
en cada cilindro) para incrementar la eficiencia. La cantidad de presurización es llamada
Capitulo I
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"empujón". Los turbo cargadores utilizan una pequeña turbina atada al tubo de escape que
activa una turbina compresora en el flujo de aire entrante. Los cargadores están atados
directamente al motor para activar el compresor.
Sistema de arranque
El sistema de arranque consta de un motor encendedor eléctrico y un solenoide. Cuando se
voltea la llave en el encendedor el motor de arranque rota el motor unas pocas revoluciones
para que el proceso de combustión pueda comenzar. El arranque debe superar los siguientes
puntos:
1) Toda la fricción interna causada por los anillos del pistón
2) La presión de compresión de cualquier cilindro
3) La energía necesaria para abrir y cerrar válvulas con el árbol de levas,
4) Todas las otras cosas relacionadas a la máquina como la bomba de agua, de aceite,
alternador, etc.
Debido a esto se necesita mucha energía y ya que un auto utiliza un sistema eléctrico,
cientos de amperios de electricidad deben correr en el motor de encendido.
Sistema de control de emisiones
El sistema de control de emisiones consta de:
Un convertidor catalítico. El convertidor catalítico utiliza un catalizador y oxígeno para
quemar cualquier combustible sin uso y otros químicos en la descarga.
Una colección de sensores y accionadores. El sensor verifica que haya suficiente
oxígeno disponible para que el catalizador trabaje de manera adecuada.
Una computadora para el procesamiento y recolección de los datos y resultados.
Sistema eléctrico
El sistema eléctrico consta de:
Una batería
Un alternador
EL alternador está conectado al motor por un cinturón y genera electricidad para recargar la
batería. La batería genera un voltaje para recorrer todo el auto ya que éste necesita
electricidad (sistema de arranque, radio, luces, vidrios eléctricos, asientos eléctricos,
computadoras, etc.) a través del cableado del vehículo.
Capitulo I
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TIPOS DE MOTORES
Existen los motores de combustión externa como los motores a vapor en los viejos
trenes y botes. El combustible (carbón, madera, aceite, lo que sea) en una máquina de
vapor quema fuera de la máquina para crear vapor y el vapor genera movimiento dentro
de la máquina. El resultado en combustión interna es mucho más eficiente que la
combustión externa, además de ello las máquinas de combustión interna son mucho más
pequeñas que su equivalente en combustión externa.
Existen también motores de combustión interna como el motor con turbina de gas. Las
turbinas de gas tienen interesantes ventajas y desventajas, pero su principal desventaja
ahora mismo es su alto precio de fabricación.
Casi todos los autos de hoy utilizan combustión interna porque esas máquinas son
relativamente eficientes comparados con máquinas de combustión externa, relativamente
baratas comparadas a las turbinas de gas y relativamente fácil de cargar comparada a un
auto eléctrico. Esas ventajas sobresalen para mover un auto.
Para entender el motor de un auto debe entender cómo funciona la combustión interna en un
motor de pistones
VEHICULOS DE DIESEL
Los aceites lubricantes para motores diesel presentan una serie de características frente a los
de aplicación en motores de gasolina, derivadas de la naturaleza del combustible. El gasóleo
presenta un cierto contenido en azufre, que puede llegar a generar ácido sulfúrico, que habrá
que neutralizar. Además, la combustión del gasóleo produce mayor cantidad de residuos
carbonosos, que es preciso mantener en suspensión para evitar que se depositen en
diferentes partes del motor. La lubricación de motores de combustión interna requiere de los
aceites un servicio en condiciones severas, tales como:
Presiones y temperaturas elevadas
Contacto con agentes contaminantes como agua, polvo oxígeno, entre otros.
Capitulo I
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Son tres las propiedades fundamentales de los aceites para motores, derivadas de estas
condiciones de servicio:
Viscosidad
Estabilidad térmica y a la oxidación
Protección del motor
Figura 1.9 Partes de un motor diesel
VEHICULOS DE GASOLINA
En este tipo de vehículos se encuentra una mezcla de gasolina y aire que es quemada en el
interior de los cilindros, la presión generada es convertida, vía los pistones, bielas y cigüeñal,
en fuerza motriz.
La evolución en el desarrollo de los vehículos con motores de gasolina ha sido constante en
los últimos años, buscando cada vez obtener mayores rendimientos en los mismos, a base de
aumentar la potencia específica de los motores, mejorando la aerodinámica de las
carrocerías, y buscando cada vez diseños más ecológicos con menores emisiones de gases
nocivos. Todas estas mejoras tecnológicas en los motores traen paralelamente una mejora
bayoneta
cárter
Capitulo I
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constante en la lubricación de los mismos, ya que los requisitos que el aceite debe satisfacer
son más altos con cada diseño.
Figura 1.10 Partes de un motor de gasolina
1.1.4 REPERCUSIONES DEL CONTENIDO DE METALES DE DESGASTE EN ACEITES
USADOS
Las principales determinaciones que se les realizan a los aceites lubricantes en general son
desgaste de aditivo, contenido de metales ocasionados por el desgaste de las piezas
lubricadas.
En las industrias donde se utiliza el aceite lubricante para motores, es común utilizar el
análisis espectroscópico de Absorción Atómica para determinar los metales de desgaste
procedentes de los motores de servicio, evaluando el estado de las partes móviles de los
motores. Con esto se identifica el momento en que se requiere un cambio de lubricante,
además de prevenir fallas en algunas de las partes del motor, indicado por los metales de
desgaste presentes en el análisis.
bayoneta
cárter
Capitulo I
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La determinación de trazas de metales en aceites de máquinas ha permitido identificar el
desgaste de piezas en las mismas, con lo que se puede anticipar fallas, y mejorar el
mantenimiento preventivo.
El aceite se muestrea a intervalos de tiempo. Los metales de desgaste dependen del tipo de
aleaciones de que estén fabricadas las diversas partes de la máquina. Un incremento en la
concentración del metal de la aleación sugiere un desgaste en ese componente específico
dentro de la máquina.
En espectroscopía de Absorción atómica, la experimentación consiste en construir una serie
de curvas de calibración para la cuantificación y posteriormente, en el análisis de aceites
usados. para la obtención de resultados confiables se requiere que los resultados que se
esperan de las muestras de aceites lubricantes usados se encuentren dentro del intervalo
definido por las curvas de calibración.
Los modernos motores de combustión interna a diesel son máquinas muy complejas que se
diseñan y construyen en alta precisión.
Los aceites lubricantes están diseñados tan cuidadosamente como las máquinas en las cuales
serán utilizados. Los fabricantes de aceite evalúan los requerimientos de lubricación de un
motor bajo una extensa variedad de condiciones de operación. Este trabajo junto con un
conocimiento de varias funciones básicas del aceite, le permite a los fabricantes formular un
aceite que trabaje satisfactoriamente dentro de su máquina.
Una de las funciones más importantes del aceite de motor es la de lubricar. Un motor
contiene muchas partes separadas por una película de aceite, estas partes estarán sujetas a
un contacto el cual producirá un desgaste severo.
Un motor genera calor en una variedad de formas, incluyendo el calor de la fricción entre
partes ajustadas severamente y durante la combustión de la gasolina. Los aceites de motor
también actúan como refrigerantes para remover este calor.
Capitulo I
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LIMITES GENERALES DE DESGASTE METÁLICO Tabla 1.2 Límites Condenatorios para sistemas en general en unidades de concentración de ppm
Tabla 1.3 Intervalos de muestreo y cambio de aceite unidades de concentración de ppm
COMPARTIMIENTO MUESTREO (Hr) CAMBIO (Hr)
MOTOR 250 250
TRANSMISIÓN 250 1000
DIFERENCIALES 500 2000
HIDRÁULICOS 500 2000
MANDOS Y EJES 500 2000
nota: las celdas que se encuentran a color indican el compartimiento y os metales que fueron analizados en este trabajo.
Los intervalos están optimizados mediante estudios individuales
HIERRO
Fe
SILICIO
Si
PLOMO
Pb
COBRE
Cu
CROMO
Cr
ALUMINIO
Al
ESTAÑO
Sn
NIQUEL
Ni
ANTIMONIO
Sb
MANGANESO
Mn
BORO
B
SODIO
Na
MOTORES A DIESEL 100 20 40 50 25 30 25 10 5 5 20 75
MOTORES A GASOLINA c/P 600 69 999 75 50 75 40 15 50 500 75 100
MOTORES A GASOLINA s/P 600 60 100 75 50 75 40 *** *** *** 75 100
TRANSMISIONES 500 40 300 300 10 100 20 20 10 10 20 75
HIDRÁULICOS 75 20 20 50 10 50 10 5 5 5 20 75
DIFERENCIALES 750 75 100 400 10 50 30 10 25 10 10 50
Capitulo I
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1.1.5 MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN MOTORES DE GASOLINA Y DIESEL
La filosofía del Mantenimiento proactivo o preventivo , utiliza técnicas que monitorean las
condiciones de operación de las máquinas (motores), las cuáles permiten detectar las causas
que dan origen a las fallas, para eliminarlas y prolongar la vida del equipo, permitiéndonos
además anticipar las fallas antes que se conviertan en catastróficas.
El Análisis de Aceite es una de las técnicas simples, que mayor información proporciona al
Administrador de Mantenimiento, con respecto a las condiciones de operación del equipo, sus
niveles de contaminación, degradación y finalmente su desgaste y vida útil. Con el análisis de
aceite es posible aplicar técnicas de cambio del lubricante basado en su condición, con lo que
se obtienen ahorros importantes.
Muchas de las Empresas en México tienen establecidos actualmente Programas de Análisis de
Aceite. La mayoría de ellos utiliza el laboratorio de su proveedor de lubricantes y están
limitados por el aspecto económico del costo de la muestra contra el consumo de lubricantes.
En muchos de los casos los resultados del análisis, son recibidos semanas o meses después
de la toma de la muestra y la información se vuelve irrelevante, ya que para ese momento,
las condiciones del equipo ya son diferentes, en muchos casos el aceite ya fue cambiado y en
otros el equipo ya falló y fue reparado.
La razón para esto es simple, las compañías de lubricantes tienen laboratorios para asegurar
la calidad de sus productos y esa es su principal tarea, el análisis de aceites usados es una
tarea secundaria. Generalmente no tienen los recursos humanos, equipos y materiales para
trabajar volúmenes altos de muestras y sus sistemas de reporte no han sido modernizados y
actualizados.
Un Programa de Análisis de Aceite puede convertirse en un derroche innecesario de tiempo y
recursos si no está bien establecido
Las 10 razones comunes por las que un programa de análisis de aceite generalmente falla es
por:
1. El programa de Análisis de Aceite no está identificado y enfocado con la estrategia del
Mantenimiento Proactivo o preventivo.
2. Las muestras de aceite no proporcionan información de calidad, debido a puertos mal
localizados o métodos de muestreo inadecuados.
Capitulo I
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3. Los métodos y las pruebas que se efectúan a los aceites son incorrectas o incompletas.
4. No se establecen límites de advertencia y metas de control adecuados.
5. La frecuencia de muestreo es inadecuada y falta de pruebas de seguimiento por
excepción.
6. Poca demanda de servicios de alta calidad de Laboratorios Independientes de Análisis de
aceite.
7. Inadecuado conocimiento del diseño de la maquinaria e información de la operación en la
interpretación de resultados.
8. Falta de análisis y combinación de datos de inspecciones y sensorial con el resultado de
análisis de aceite para determinar las causas de falla.
9. Falta de entrenamiento en la interpretación, para asegurar una respuesta adecuada a los
resultados anormales.
10. Falta de sistemas para medir el progreso de los programas que son requeridos en el
procesamiento de datos.
El análisis de aceite, nos proporciona información importante en las diferentes condiciones de
vida de la maquinaria como:
Cuando algo está ocurriendo y puede originar una falla del equipo.
Las condiciones de causa de falla en el interior del motor son:
Incremento de partículas
Agua
Oxidación
incremento en la oxidación del lubricante
dilución por combustible
aditivos
TAN (Número de acidez total)
TBN (Número de basicidad total)
Etapa de falla temprana que de otra forma pasaría desapercibida es decir que aún no
hay tanto daño como para detectar la falla
Capitulo I
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Algunas características físicas del aceite que son monitoreadas son:
Densidad de rebaba de desgaste
Conteo de partículas
Análisis de elementos metálicos
Viscosidad
Ferrografía.
Es necesario detectar la naturaleza del problema que se está observando en el motor.
¿De donde viene?
¿Qué tan severo es?
¿Puede ser reparado?
Los principales elementos que son monitoreados para una posible respuesta a las preguntas
anteriores son:
Rebabas
Análisis de elementos metálicos
Humedad
Conteo de partículas
Temperatura
Viscosidad
Ferrografía analítica
Análisis de vibración
La máquina está prácticamente descompuesta y requiere ser reparada o
reemplazada.
Análisis de elementos metálicos
Análisis de vibración
Densidad ferrosa
Análisis de elementos metálicos
Ferrografía analítica
El enfoque de la Industria hacia el análisis de aceite, ha sido por mucho tiempo el del
Mantenimiento Predictivo como el indicarnos cuando una pieza está siendo gastada, para
tomar la decisión de cambiar un aceite o programar un paro antes de tener una falla mayor.
El Mantenimiento Predictivo está enfocado en el monitoreo de los síntomas de falla.
Capitulo I
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La filosofía del Mantenimiento Proactivo, hace gran uso de la técnica del análisis de aceite,
para conocer las causas que generan el desgaste y tomar las decisiones de control antes de
que estas dañen el equipo. El Mantenimiento Proactivo se enfoca al monitoreo de las causas
que originan la falla.
La práctica establece que los programas de análisis de aceite exitosos, son aquellos que han
sido diseñados después de una cuidadosa evaluación de su misión y con metas y objetivos
bien definidos. El programa debe diseñarse con calidad y excelencia desde el principio y no
tratar de forzarlo durante el camino. Para tener éxito en un programa de análisis de aceite
deberán ser consideradas las siguientes actividades:
Localización correcta de puertos de muestreo
Procedimientos de muestreo adecuados
Envases de muestra limpios y adecuados
Envío inmediato de muestras a laboratorio
Selección adecuada de las pruebas a efectuar
Preparación correcta de las muestras en el laboratorio
Utilización de solventes y reactivos de alta calidad
Uso de instrumentos y métodos de prueba de baja interferencia
Uso de estándares, métodos y frecuencia de calibración de instrumentos adecuados
Entrenamiento certificado de los técnicos de laboratorio
Interpretación de la información (resultados) de acuerdo a la aplicación específica del
equipo.
El procedimiento para implementar un Programa de Análisis de Aceite exitoso, se muestra a
continuación:
1. Filosofía del Mantenimiento Proactivo y revisión de las bases del análisis de aceite y
los elementos claves de su implementación
2. Selección del equipo
3. Pruebas de Análisis de Aceite
4. Análisis en sitio
5. Selección del laboratorio
6. Selección del software de análisis de aceite
7. Equipo para toma de muestras
Capitulo I
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8. Cambios a los sistemas de filtración y respiradores
9. Entrenamiento a lubricadores, operadores y programadores.
10. Revisar prácticas de lubricación y manejo de lubricantes.
11. Instalación de puertos de muestreo, válvulas, etc.
12. Instalación de filtros, respiradores, equipo móvil de filtración, etc.
13. Instalación del software
14. Establecer límites de advertencia y metas por equipo
15. Instalar instrumentación para pruebas en sitio.
16. Establecer interfase con el laboratorio
17. Validar laboratorio
18. Entrenamiento en interpretación de resultados
19. Alcanzar las metas iniciales (limpieza, humedad, etc.)
20. Desarrollar el manual de análisis de aceite y lubricantes
21. Saber como reaccionar a resultados anormales Preactivos o Predictivos
22. Establecer tendencias de los equipos
23. Establecer beneficios y ahorros del programa
24. La incorporación de otros equipos, ayuda a tener un mejor confiabilidad en el
resultado del análisis.
25. Ajustar las metas y límites de los equipos.
La Ingeniería de los Programas de análisis de aceite puede ser especialmente complicada a
menos que se haga un ajuste en el resto de las estrategias y filosofías de mantenimiento. Se
requiere de cambios en la mentalidad de muchas personas, especialmente aquellas que son
hostiles a la innovación y al cambio.
La educación y el entrenamiento son factores claves en este proceso y deberán ser
acompañados con la incorporación de nuevas tecnologías y cambios estructurales y
estratégicos.
El análisis de aceite integra el Mantenimiento proactivo , predictivo en una simple tecnología
de mantenimiento multifacética. Pero los profesionales del mantenimiento no deben perder
de vista la importancia del Mantenimiento Proactivo en términos de su potencial de generar
beneficios. Las condiciones de la maquinaria deberán ser ajustadas a los nuevos valores
Capitulo I
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establecidos como metas (partículas, limpieza, temperatura, humedad, espumación,
alineación, balanceo, etc.) para poder aspirar a esos beneficios y ahorros.
El adentrarse en un programa de análisis de aceite, es conocer la composición del mismo
aceite, como contenido de partículas, moléculas de aditivos, productos de oxidación,
abrasivos microscópicos y formas misteriosas de desgaste. Cada una de estas formas,
contiene información codificada, claves y pistas que esperan para ser reveladas
El mantenimiento predictivo utiliza varias técnicas para conocer el comportamiento de un
equipo, es el análisis de aceites lubricantes usados. Los beneficios tangibles de implementar
esta herramienta son la reducción de paros innecesarios por falla en equipo, reparaciones
innecesarias, aumento de la vida útil de los equipos, disminución de gastos, aumento de la
confiabilidad de la maquinaria, mantenimiento efectivo, mejor planeación y programación de
la producción, y los beneficios implícitos son el aumento de la confiabilidad por parte del
cliente al recibir su pedido a tiempo, calidad del producto relacionada con un mejor
funcionamiento de los equipos, y por consiguiente, la generación de ventajas frente a la
competencia. El presente trabajo pretende dar a conocer la herramienta de análisis de
aceites lubricantes usados dentro de un programa de mantenimiento predictivo y las ventajas
que podría brindar si se implementa adecuadamente en el sector industrial.
Mantenimiento predictivo con base en el análisis de aceites
El mantenimiento predictivo se basa en predecir la desviación antes de que esta se produzca
por medio de la implementación de un programa para la construcción de un modelo que
requiere llevar a cabo los siguientes pasos:
1. Reconocimiento de máquina, se basa en un análisis de la condición de la máquina.
2. Selección de máquina: se realiza teniendo en cuenta su nivel de criticidad, requerimientos
de personal, cronogramas de producción, costo de tiempos muertos, etc.
3. Selección de técnicas óptimas para la verificación de la condición: esta etapa responde las
preguntas con respecto a la condición de la medición.
4. Implementación del sistema de mantenimiento predictivo: está constituida por la
definición de los cronogramas de inspección, diseño o selección de un programa para
manejar datos y realizar un programa para el adiestramiento del personal.
Capitulo I
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33
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5. Análisis de datos y establecimientos del rango de operación: en esta etapa se establecen
los límites de operación del equipo.
6. Mediciones de referencia de los equipos: se realiza un programa de acuerdo al
conocimiento de la condición del equipo.
7. Medición periódica de los parámetros: estos pasos son medición de los parámetros,
recopilación de datos, sistematización de datos y análisis de la tendencia de detección de
fallas.
8. Análisis de la condición operativa del equipo.
9. Corrección de la falla: los datos de la falla se deben pasar al historial del equipo, para
aumentar la capacidad de diagnóstico del programa.
1.1.6 DIAGNOSTICO TÉCNICO DE MOTORES DIESEL
El diagnóstico técnico de motores diesel ha evolucionado enormemente en los últimos años.
Existen diversos métodos, entre ellos, el basado en el análisis de laboratorio del aceite
lubricante que se emplea para saber que es lo que esta ocurriendo en el interior del motor.
Sus principales ventajes son:
Constituye una herramienta del mantenimiento predictivo
Evita el “paro” no programado del motor
Ayuda a prevenir fallas del motor
Incrementa la vida útil del motor
Mejora la disponibilidad de los motores
Contribuye con el control de emisiones de los gases de escape evacuados hacia el
medio ambiente, disminuyendo la contaminación del aire
Este método consiste en una serie de pruebas de laboratorio que permiten evaluar las
características fisicoquímicas de los aceites lubricantes y determinar indirectamente el
estado técnico de los componentes del motor.
En los motores de combustión interna, el sistema de lubricación se encarga de lubricara las
piezas en movimiento relativo. Al producirse desgastes interiores, debido a la fricción entre
ellas, las pequeñas partículas de material desprendidas pasan al aceite; las más grandes se
depositan en el fondo del cárter o quedan atrapadas en el filtro, el resto permanecerá en
suspensión en el aceite. La cantidad de partículas metálicas en suspensión en el aceite
Capitulo I
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34
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lubricante determinará si el desgaste en el motor es normal, progresivo o acelerado. Sin
embargo, la técnica de análisis de aceite se debe respaldar en una serie de análisis periódicos
y continuos, con lo que se puede establecer la tendencia del desgaste normal, progresivo o
acelerado.
El análisis de aceites lubricantes es considerado como un método de mantenimiento
predictivo en los motores de combustión interna. Es una técnica nos permite saber que esta
ocurriendo en el interior del motor, ayudando a detectar rápidamente problemas de desgaste
de lo componentes del motor, así como la contaminación y degradación del aceite lubricante.
Pérdidas mecánicas en un motor de combustión interna
Las pérdidas de energía mecánica en un motor están compuestas por la suma de los
siguientes factores:
Fricción
Accionamiento de mecanismos auxiliares
Intercambio de gases
Se ha estimado que en los motores de combustión interna las pérdidas por fricción son hasta
de un 70% del total de las pérdidas mecánicas y depende directamente de la viscosidad del
aceite lubricante del motor.
Las pérdidas por fricción dependen fundamentalmente de las condiciones en que se forma la
película de aceite y en la forma cómo se presenta le rozamiento límite. Los componentes de
las pérdidas por rozamiento definidas por la fricción dependen poco de la carga.
Por definición el monitoreo de la condición del estado técnico de los motores de combustión
interna (MCI) exige que se tomen y se analicen muestras del aceite periódicamente.
Parámetro de operación del motor
Para que la información resulte válida, se debe establecer un parámetro que indique el uso
del motor. La medida debe considerar cualquier variación en las condiciones de medición que
son debidas a las variaciones en el funcionamiento del motor. Las "horas de funcionamiento"
es la medida del uso del motor más comúnmente utilizada en motores de aplicación
industrial, particularmente para motores Diesel que operan a niveles de potencia estables.
Sin embargo, la medida "horas" puede no indicar el efecto de los niveles de potencia irregular
en que opera el motor, la presión atmosférica, u otras condiciones que pueden cambiar con
Capitulo I
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el tiempo y cambiar los niveles de deterioro del motor. La potencia generada o utilizada, el
combustible consumido, pueden proporcionar un mejor indicio acerca del uso de algunas
aplicaciones.
Establecimiento de niveles de alarma.
Para establecer los niveles de alarma, primero se debe conocer los datos normales de los
aceites lubricantes, cabe mencionar que los fabricantes de motores establecen sus propios
límites; en el caso de una aplicación en particular cada usuario puede definir sus propios
límites de acuerdo a sus características de operación.
Muchos usuarios definen los límites de alarma de acuerdo a las recomendaciones de los
fabricantes de aceite lubricante, sin embargo, los fabricantes de motores recomiendan que
los niveles de alarma sean establecidos a base de los datos históricos.
1.1.7 ASOCIACIONES RELACIONADAS CON ACEITES LUBRICANTES
Los aceites lubricantes para motores a gasolina se pueden clasificar de acuerdo a dos
criterios generales:
Según su viscosidad (SAE)
Según requerimientos industriales (API).
La sociedad de ingenieros automotores SAE ha generado una clasificación que depende
exclusivamente del grado de viscosidad del lubricante. En aceites para motor existen los
monogrados que van del 0W hasta el 60 y en los multigrados desde el 5W – 50 hasta el 20W
– 50.
El instituto Americano del Petróleo (API) clasifica los aceites para motor de acuerdo a sus
características y a las condiciones exigidas por los lubricantes de automóviles. La designación
para aceites según API ha variado desde SA hasta SG que es el recomendado en la
actualidad.
Los fabricantes de motores recomiendan una viscosidad determinada para el aceite a usar y
es aconsejable aceptarla. En ciertos casos es posible que como consecuencia del desgaste el
aceite recomendado resulte demasiado fluido para que la lubricación cumpla con su papel, en
tales casos es beneficioso utilizar un aceite de mayor viscosidad.
Capitulo I
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Además de la viscosidad es conveniente seleccionar el aceite de acuerdo a su calidad
indicada por los términos de la clasificación API. En la actualidad los aceites de mejor calidad
son los SG.
Para el cumplimiento de las condiciones exigidas a los lubricantes para motor se han
establecido normas que disponen los procedimientos regulares para la evaluación de las
principales características que posee un aceite específico.
Las principales asociaciones encargadas de producir éste tipo de metodologías son la SAE y la
ASTM.
1.2 FUNDAMENTOS DE LA ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA
Los métodos espectrométricos son un amplio grupo de métodos analíticos que se basan en la
espectroscopía atómica y molecular. La espectroscopía es un término general para la ciencia
que trata de las distintas interacciones de la radiación con la materia. Históricamente, las
interacciones de interés se producían entre la radiación electromagnética y la materia, sin
embargo, ahora el término espectroscopia se ha ampliado para incluir las interacciones entre
la materia y otras formas de energía.
Los métodos espectroscópicos más ampliamente utilizados son los relacionados con la
radiación electromagnética que es un tipo de energía que toma varias formas, de las cuales
las más fácilmente reconocibles son la luz y el calor radiante.
Un método espectrométrico que consiste en la medición de las especies atómicas por su
absorción a una longitud de onda particular, es conocido como espectroscopía de absorción
atómica.
La espectroscopia de absorción atómica se basa en el principio que los átomos libres en
estado fundamental pueden absorber la luz a una cierta longitud de onda. La absorción es
específica, por lo que cada elemento absorbe a longitudes de onda únicas, siendo la
espectroscopia de absorción atómica una técnica analítica aplicable al análisis de trazas de
elementos metálicos en minerales, muestras biológicas, metalúrgicas, farmacéuticas, aguas,
alimentos y de medio ambiente
El átomo está constituido por un núcleo rodeado por electrones. Cada elemento tiene un
número específico de electrones que está directamente relacionado con el núcleo atómico y
Capitulo I
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que conjuntamente con él, da una estructura orbital, que es única para cada elemento. Los
electrones ocupan posiciones orbitales en una forma predecible y ordenada. La configuración
más estable y de más bajo contenido energético es conocida como estado fundamental y es
la configuración orbital normal para el átomo.
Si a un átomo se le aplica energía de una magnitud apropiada, ésta será absorbida por los
electrones transfiriéndolos a orbitales externos. Este átomo excitado no es estable por lo que
se producirá la liberación de la energía absorbida inicialmente y los electrones regresarán a
su estado inicial.
La energía absorbida y la liberada por los átomos se puede medir y esto nos permite realizar
las determinaciones cuantitativas de los elementos químicos específicos
Figura 1.11 Proceso de la Absorción Atómica
1.2.1 INSTRUMENTACIÓN
Los componentes de un espectrofotómetro de Absorción Atómica son, fuente de radiación,
atomizador, sistema selector de longitud de onda y detector.
Para entender el funcionamiento de un equipo de espectroscopia de absorción atómica se
realiza una descripción de cada uno de sus componentes:
Fuente de luz
Celda de muestreo
Medidor de señal
A continuación se muestra un diagrama que permite apreciar cada una de las partes que
integran a un equipo de absorción atómica.
Capitulo I
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Figura 1.12 Partes de un equipo de absorción atómica
FUENTE DE RADIACIÓN
Aunque el fenómeno de absorción y emisión atómica se conocía desde el siglo pasado, las
técnicas de absorción atómica no se desarrollaron prácticamente hasta los años 50-60 de
este siglo.
Este hecho se debía a que las lámparas empleadas para excitar los átomos eran lámparas de
radiación continua y aunque se seleccionaba un ancho de banda determinado con un
monocromador, el ancho de banda de la línea de Absorción Atómica es tan estrecho que
resulta despreciable frente a la cantidad de luz total que llega al detector.
Fue en 1955 cuando Walsh y Alkemade solucionaron el problema empleando como fuente de
excitación, fuentes de líneas atómicas del mismo elemento que se va a determinar. En la
lámpara se excitan los átomos del elemento y emiten su radiación característica que es
absorbida por el analito de la muestra.
Se requiere de una fuente de luz que emita las líneas atómicas características de un solo
elemento, el que se esté analizando.
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Existen diferentes tipos de fuentes:
Lámpara de cátodo hueco
Lámpara de descarga sin electrodos
Lámpara de cátodo hueco
Como se observa en la figura consta de un ánodo construido con un hilo de wolframio de 1
mm de diámetro y 30 mm de longitud y un cátodo de 5 a 6 mm de diámetro fabricado con
un material igual al elemento que se va a analizar. Todo se encuentra alojado en un cilindro
de vidrio con una ventana de cuarzo por donde sale la radiación; este cilindro está lleno de
argón o neón a una presión de 1 a 5 torr.
figura 1.13 lámpara de cátodo hueco
Con diferencias de potencial, entre los electrodos, de 40 voltios produciéndose la ionización
del gas, lo que da lugar a una corriente al mismo tiempo que los iones y electrones migran
hacia los electrodos. Si el potencial es suficientemente grande, los cationes gaseosos
adquiere la suficiente energía cinética como para arrancar algunos de los átomos metálicos
de la superficie del cátodo y producir una nube atómica; a éste proceso se le denomina
chisporroteo. Una parte de los átomos metálicos desprendidos se encuentran en estados
excitados y de este modo, al volver al estado fundamental emite su radiación característica.
Al final, los átomos metálicos se vuelven a depositar difundiendo de nuevo hacia la superficie
del cátodo o hacia las paredes de vidrio del tubo.
Las características más importantes de la lámpara de cátodo hueco son:
Se fabrican para todos los elementos que se pueden determinar por Absorción
Atómica.
Necesitan poco tiempo de calentamiento.
Duran aproximadamente 1000 horas.
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Lámpara de descarga sin electrodos.
Consta de un bulbo de cuarzo de 10 mm de diámetro por 40 mm de longitud, bajo la
influencia de una bobina de radio frecuencia. En el interior hay una mezcla de metal e ioduro
del mismo metal en una atmósfera de argón a baja presión. El bulbo y la bobina están
instalados en un cilindro de tamaño similar al de la lámpara de cátodo hueco, como se
muestra en la figura 1.10
La corriente de radiofrecuencia fluye a través de la bobina y genera un campo magnético que
hace describir orbitales circulares a los iones y electrones; esto permite el calentamiento del
gas y posterior excitación de los átomos del metal.
Las características más importantes de las lámparas de descarga sin electrodos son:
♦ Solo se fabrican para elementos fácilmente vaporizables (As, Se, Sb, Pb, Sn, etc).
♦ Producen líneas de alta intensidad que proporcionan una mayor sensibilidad para estos
elementos.
♦ Requieren un generador de radiofrecuencia.
♦ Necesitan un mayor tiempo para estabilizarse que las de cátodo hueco.
Figura 1.14 lámpara de descarga sin electrodos
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ATOMIZADORES
La espectroscopía de absorción atómica precisa como su nombre indica, de una atomización
de la muestra o dicho de otra manera, de reducir la muestra al estado atómico, para que por
excitación provocada por una lámpara adecuada, se determina la absorción producida por los
átomos a la longitud de onda preseleccionada.
Por tanto, esta técnica requiere de sistemas capaces de pasar la muestra al estado atómico.
Todo proceso de atomización, implica una serie de pasos, en todo este proceso es
fundamental conseguir la mejor atomización de la muestra en orden de aumentar la
sensibilidad del análisis.
ATOMIZACIÓN POR LLAMA
Esta técnica fue la primera que se empleó en absorción atómica y aún hoy sigue siendo de
gran importancia en la espectroscopía de absorción atómica.
SISTEMA DE MUESTREO
Un sistema de introducción de muestras líquidas para el sistema de atomización por llama
consta de los siguientes componentes:
1. Capilar
2. Un nebulizador, que dispersa el líquido en gotas pequeñas.
3. Cámara de premezcla
4. Un modificador de aerosol (o cámara de rocío), que saca gotitas más grades de la
corriente para permitir que solo pasen las que son menores de cierto tamaño.
5. Quemador
6. La flama o el atomizador, que convierten el analito en átomos libres.
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Figura 1.15 componentes de un atomizador de llama
1. CAPILAR
Es un dispositivo que nos permite la absorción de la muestra líquida para introducirla al
proceso de análisis de absorción atómica; es importante considerar que la muestra no debe
contener partículas suspendidas, ya que puede obstruir el paso de la muestra y producir
errores en las lecturas.
2. NEBULIZADOR
La muestra en estado líquido es transformada en una niebla de gotas pequeñas mediante un
nebulizador. El tamaño de las gotas debe ser muy pequeño con el fin de que se puedan
mezclar íntimamente con el oxidante y el combustible antes de alcanzar la llama. La muestra
Reborde de impacto
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es aspirada por efecto Venturi gracias al gas que circula a alta velocidad alrededor del capilar.
En la mayoría de los casos el gas que circula a alta presión es el oxidante.
El tamaño de la gota juega un papel muy importante. Así pues, gotas de tamaño pequeño
son las más recomendables porque además de que se disminuye el tiempo de vaporización,
se evita la formación de residuos sólidos tras la vaporización del solvente, lo que puede
originar el efecto de o dispersión de la luz cuando incida la radiación procedente de la
lámpara. El menor tamaño de las gotas aumenta la cantidad de muestra que llega a la llama
y por tanto la eficacia de la nebulización, que oscila entre valores del 1 al 15 % para
soluciones acuosas. El resto de la muestra se drena fuera del equipo.
3. CÁMARA DE PREMEZCLA
Es un dispositivo que permite la mezcla del oxidante y el combustible, aumentando la
dispersión mediante el choque con una esfera de impacto o un spoiler, figura 1.12, dando
lugar a una fina niebla que asciende hacia la cabeza del mechero, donde tendrá lugar la
atomización.
La mayoría de las cámaras de premezcla están fabricadas de polipropileno que es muy inerte
y resistente a los disolventes orgánicos.
a)
b) figura 1.16 a) esfera de impacto b) spoiler
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4. CÁMARA DE ROCÍO
En la cámara de rocío las gotitas más grandes se eliminan de la corriente de la muestra con
paletas mezcladoras o se dispersan a gotas más pequeñas por esferas de impacto, o por
colisión con superficies de pared. El aerosol final que ahora es una niebla fina, se combina
con la mezcla oxidante/combustible y es transportado hacia el quemador. Gotas mayores de
aproximadamente 20μm de diámetro son atrapadas en la cámara de rocío y se van al
desagüe, la distribución de los tamaños de gota es función del solvente así como de los
componentes del sistema de muestreo.
5. QUEMADOR
Colocado sobre la cámara de premezcla, es donde se forma la llama. Está construido de
material muy refractario como el titanio y proporciona un camino óptico de unos 10 cm. Si se
utiliza la mezcla óxido nitroso/acetileno, como oxidante y combustible respectivamente, es
preciso utilizar mecheros con la ranura más estrecha y camino óptico de 5 cm, para evitar
que retroceda la llama y se produzcan explosiones en el interior del equipo. La figura muestra
el esquema de un quemador típico.
Figura 1.17 cabeza del quemador
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6. LA LLAMA
La llama aporta la energía necesaria para que se produzca la atomización. El oxidante y
combustible más empleado son el aire y acetileno; si se necesitan llamas de mayor
temperatura para analizar silicio, aluminio o titanio se sustituye el aire por óxido nitroso.
En un atomizador de llama, la disolución de la muestra es nebulizada mediante un flujo de
gas oxidante mezclado con el gas combustible, en la espectroscopía de llama los caudales de
oxidante y combustible constituyen variables importantes que se debe controlar de forma
precisa. Por lo general los caudales se controlan por medio de reguladores de presión de
doble diafragma seguidos de válvulas de aguja localizadas en el instrumento.
En la generación de la llama son muy importantes la velocidad de combustión y el caudal
combustible/oxidante empleado. Si éste fuese demasiado bajo la llama se propagaría hacia
dentro provocando un gran intensidad fuego en el interior de la cámara de premezcla (por
esto existen en los atomizadores de llama dispositivos de seguridad para prevenir esta
posible incidencia) y si por el contrario, el caudal fuera demasiado alto, la llama subiría hasta
separarse del quemador. Por tanto el caudal es un factor muy importante y debe controlarse
rigurosamente.
CARACTERÍSTICAS DE LA LLAMA
La principal fuente de incertidumbre en las técnicas de espectroscopia de llama proviene de
las variaciones en las características de la propia llama.
TIPOS DE LLAMA
A continuación se presenta una breve descripción de los diferentes tipos de flamas en la
espectroscopia de absorción.
En la siguiente tabla 1.4 se indican las temperaturas que alcanzan las diferentes combinaciones
entre el oxidante y combustible. Las flamas más frías están sujetas a mayores problemas de
interferencias a causa de la insuficiente energía aplicada para atomizar la muestra.
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Tabla 1.4 Tipos de flamas para la espectroscopía de absorción atómica
COMBUSTIBLE OXIDANTE TEMPERATURA °C
Gas natural Aire 1700 - 1900
Gas natural Oxígeno 2740
Metano Aire 1875
Hidrógeno Aire 2000 - 2050
Hidrógeno Oxígeno 2550-2700
Acetileno Óxido nitroso 2600 - 2800
Acetileno Oxígeno 3060-3135
Acetileno Aire 2125 - 2400
Cianógeno Oxígeno 4500
Nota: La flama de aire/acetileno se emplea cuando se requiera analizar compuestos químicos que se atomicen
fácilmente, se puede aplicar en las determinaciones de Zinc.
Cuando se forman compuestos térmicamente estables se sugiere emplear la flama de óxido nitroso/ acetileno, es
muy eficaz para el análisis de calcio y magnesio.
Las temperaturas producidas al quemar en el aire gas natural o manufacturado son tan bajas
que sólo los metales alcalinos o alcalinotérreos, con energías de excitación muy bajas,
producen espectros útiles.
Las velocidades de combustión son de considerable importancia porque las llamas sólo son
estables en ciertos intervalos de caudal.
ESTRUCTURA DE LA LLAMA
Las regiones más importantes de la llama son:
La zona de combustión
primaria
La región interconal
Cono exterior
Figura 1.18 Regiones de una llama
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La zona de combustión primaria
La zona de combustión primaria es una llama de hidrocarburos que se reconoce por su
luminiscencia azul que proviene de los espectros de bandas de C2, CH y otros radicales, ya
que la llama práctica más caliente resulta de la combustión del cianógeno en oxígeno:
2222 2 NCOONC +→+
La muestra penetra en la base de la llama en forma de pequeñas gotas, en esta región el
solvente de una fracción substancial de las gotitas se evapora; parte de la muestra entra así
en la zona de combustión interna en forma de partículas sólidas, allí se produce la
vaporización y la descomposición al estado atómico, también comienzan los procesos de
excitación y absorción.
En general en esta zona no se alcanza el equilibrio térmico, y así la zona de combustión
primaria rara vez se utiliza para la espectroscopia de llama.
El área interconal
Es la zona en donde se completa el equilibrio térmico, puede alcanzar varios centímetros de
altura con fuentes ricas en combustible de acetileno/oxígeno o acetileno/óxido nitroso, ésta
zona es rica en átomos libres y es la parte de la llama que más se utiliza en espectroscopía.
El cono exterior
Es una zona de reacción secundaria donde los productos formados en la región interior se
convierten en óxidos moleculares estables que se dispersan por los alrededores.
MONOCROMADOR
La luz de la fuente debe ser enfocada sobre la celda de muestreo y luego dirigida al
monocromador, en donde se dispersan las longitudes de onda de luz y sólo la línea analítica
es enfocada sobre el detector. La dispersión de dichas longitudes de onda se logra por medio
de una red o superficie reflectiva rayada por muchas líneas finas paralelas muy cercana unas
de otras. La reflexión en esta superficie rayada genera un fenómeno de interferencia
conocido como difracción, en el cual diferentes longitudes onda divergen de la red con
diferentes ángulos. La luz de la fuente entra al monocromador por la apertura espectral de
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entrada y es dirigida hacia la red de difracción en donde tiene lugar la dispersión. Las
longitudes de onda divergentes son dirigidas hacia la apertura espectral de salida; ajustando
el ángulo de la red, se permite que una línea de emisión preseleccionada de la fuente pase a
través de la apertura de salida e incida sobre el detector, todas las otras líneas son
bloqueadas en la salida.
Figura 1.19 Monocromador
El ángulo de dispersión en la red de difracción se puede controlar por la densidad de rayado
de las líneas de la rejilla. Una alta dispersión va a resultar de una densidad alta de líneas. Es
importante una dispersión alta para obtener una buena eficiencia de energía del
monocromador. Otro factor que afecta la eficiencia del monocromador es el ángulo con el
que fue cortada la red ya que éste se hace en ranuras en forma de V y grabado sobre la
superficie de la red. Se puede construir una red para alguna determinada longitud de onda
simplemente controlando el ángulo de corte durante el rayado. Entre más distante se
encuentre una longitud de onda dada de una longitud de onda para la cual fue rayada la
rejilla de dispersión, más grande será la extensión de la pérdida de luz del monocromador a
esa longitud de onda.
DETECTOR
El detector es el dispositivo encargado de captar la señal óptica proveniente del
monocromador y transformarlo en una señal electrónica capaz de ser convertida en un valor
que puede ser interpretado. Los detectores de los primeros instrumentos espectroscópicos
fueron el ojo humano o las películas o las placas fotográficas. Estos dispositivos de detección
Capitulo I
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se han sustituido en gran parte, por transductores que convierten la energía radiante en una
señal eléctrica.
PROPIEDADES DE UN DETECTOR IDEAL
El detector debería tener:
Un amplio intervalo de longitudes de onda.
Una elevada sensibilidad.
Una elevada relación señal /ruido
Respuesta constante.
Tiempo de respuesta rápido
Mínima señal de salida en ausencia de
iluminación
TIPOS DE DETECTORES DE RADIACIÓN
En la espectroscopía de absorción atómica se utilizan detectores de fotones que funcionan
como transductores que convierte la radiación electromagnética en un flujo de electrones y
posteriormente en una corriente o voltaje en el circuito de lectura. Existen detectores de un
solo elemento, como los fotodiodos de estado sólido, los tubos fotoemisores, y los tubos
fotomultiplicadores y algunos otros de elementos múltiples como los detectores de estado
sólido.
Los tubos fotoemisores al vacío son combinaciones simples de foto cátodo-ánodo alojados
en una cubierta al vacío como se muestra en la figura 1.21 . El fototubo de vacío de un solo
paso contiene un cátodo sensible a la radiación, con forma de medio cilindro metálico
recubierto en su superficie receptora por una capa de material sensible a la radiación
(generalmente un metal alcalino), y un ánodo con forma de alambre dispuesto en el eje del
cilindro o como un alambre de configuración rectangular que enmarca el cátodo.
Figura 1.20 Detector
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Figura 1.21 tubo foto emisor
Para la medida de potencias radiantes pequeñas, el tubo fotomultiplicador ofrece algunas
ventajas respecto al fototubo ordinario. El tubo contiene también unos electrodos adicionales
denominados dinodos. El dinodo 1 se mantiene a un potencial de 90V por encima que el del
cátodo, por tanto, los electrones son acelerados hacia él. Al incidir en el dinodo, cada
fotoelectrón origina la emisión de varios electrones adicionales; éstos a su vez son acelerados
hacia el dinodo 2, el cual esta a 90V por encima que el dinodo1. de nuevo por cada electrón
que incide en la sperficie se emiten varios electrones. Después de repetirse éste proceso
nueve veces, se originan de 106 a 107 electrones por cada fotón, ésta cascada se recoge al
final en e ánodo. La corriente resultante se amplifica electrónicamente y se mide.
Los fotomultiplicadores son muy sensibles a las radiaciones ultravioleta y visible, además,
tienen tiene tiempos de respuesta extremadamente rápidos. A menudo, la sensibilidad de un
instrumento con un detector fotomultiplicador viene limitada por su emisión de corriente
obscura. El funcionamiento de un fotomultiplicador puede mejorarse enfriándolo, dado que la
emisión térmica es la fuente principal de los electrones de la corriente obscura. De hecho, las
corrientes oscuras térmicas pueden eliminarse virtualmente si se enfría el detector a -30°C.
los tubos fotomultiplicadores se limitan a medir radiación de baja potencia, debido a que la
luz intensa causa un año irreversible en la superficie fotoeléctrica. Por esa razón, el
dispositivo se aloja siempre en un comportamiento hermético a la luz y se toman las
Capitulo I
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precauciones pertinentes para eliminar la posibilidad de exposición, incluso momentánea, a la
luz u otra luz intensa.
Figura 1.22 Tubo Fotomultiplicador
Figura 1.23 Detalle de los dinodos
1.2.2 INTERFERENCIAS ANALÍTICAS
En la técnica de Absorción Atómica se presentan una serie de interferencias que afectan el
resultado analítico de un análisis determinado, las cuales deben de tenerse en consideración
durante la experimentación con el fin de eliminarlas. Las interferencias en absorción Atómica
se producen cuando en la absorción de una especie, aparece muy próxima a la absorción del
analito, de modo que su resolución por el monocromador resulta imposible. Para comprender
cómo se generan las interferencias analíticas se presenta a continuación el proceso de
absorción atómica.
Una muestra en solución se aspira hacia la cámara del quemador en donde se lleva a cabo
una mezcla con los gases combustibles y oxidantes, descritos con anterioridad, en forma de
Capitulo I
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un fino aerosol. Cuando estas pequeñas gotas se someten al calor que es generado por la
llama, la cual se encarga de eliminar el solvente utilizado al prepara la muestra, quedando
partículas sólidas pequeñas del material a analizar. Al llegar éstas partículas a zonas más
caliente sufre un proceso de licuefacción y vaporización. En éste punto el elemento a analizar
se encuentra formando moléculas, al llegar estas moléculas a una zona aún más caliente que
la anterior se disocia en átomos individuales los cuales están listos para iniciar el proceso de
absorción. Por lo anterior podemos concluir que el calor que proporciona la flama es uno de
los factores de mayor importancia para que se lleve a cabo de manera efectiva el proceso de
absorción.
Los diferentes tipos de interferencias más comunes en la espectroscopía de Absorción
Atómica son:
Interferencias de matriz
Interferencias químicas
Interferencias por ionización
Interferencias espectrales
INTERFERENCIAS DE MATRIZ
Del proceso de la flama descrito anteriormente, la nebulización de la muestra es uno de los
problemas de interferencia. Si la muestra es muy viscosa o tiene tensión superficial
característica considerablemente diferente a la de los patrones o soluciones de calibración, la
velocidad de aspiración de la muestra o a eficiencia de nebulización pueden ser diferentes
entre las muestras y los patrones. Si estas soluciones no son introducidas en el proceso a la
misma velocidad, el número de átomos en el rayo de luz y por consiguiente la absorbancia no
correlacionará entre los dos. Existirá entonces una interferencia generada por la matriz.
Una forma de resolver esta interferencia, es decir de compensarla, es asemejar lo más
posible los componentes de la matriz de la muestra y de los estándares, utilizando para ellos
el método de “Adición de Estándar”.
Capitulo I
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INTERFERCIAS QUÍMICAS
Las interferencias químicas son aquellas alteraciones en el número total de átomos libres
formados por unidad de volumen debido a la formación de compuestos químicos
termoestables. Las causas más comunes de éstas son:
i. Disociación incompleta de la molécula formada o formación de una sal difícil de
fundir.
Existen otros componentes refractarios que dan también una disminución de la señal de
absorción del elemento de interés. Tal es el caso de silicatos, aluminatos y pirosulfatos de
calcio, magnesio, estroncio y bario.
ii. Reacción espontánea de los átomos libres con otros átomos o radicales
presentes en el medio ambiente.
Esta interferencia es causada por la formación de óxidos e hidróxidos u ocasionalmente
carburos o nitruros, debido a la reacción de los átomos libres con los productos de la
combustión de la llama. Aproximadamente unos 30 metales no se pueden determinar con
llama aire/acetileno (ejemplo: aluminio, silicio, boro, elementos lantánidos, etc.). La
magnitud de la interferencia va a depender del tipo de estequiometría de la llama.
Las interferencias químicas pueden ser minimizadas por las siguientes formas:
• Empleo de llamas con mayores temperaturas. Como ejemplo tenemos la llama
acetileno/óxido nitroso, la que es capaz de descomponer totalmente los compuestos
refractarios.
• Agregar a la solución muestra un elemento “buffer”, el cual forma con el elemento
interferente un compuesto más estable que con el elemento a determinar. El ejemplo
más conocido es la adición de lantano o estroncio en la determinación de calcio en
presencia de fosfato.
Capitulo I
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• Preparación de las soluciones estándar de modo tal que su composición sea lo más
semejante con la de la solución problema. Esta alternativa es difícil de aplicar debido a
que requiere un conocimiento completo de la muestra.
INTERFERENCIAS POR IONIZACIÓN
Un átomo neutro en su estado fundamental puede ser ionizado a temperaturas elevadas.
Estos iones exhiben propiedades espectroscópicas diferentes a un átomo neutro y no pueden
ser determinados por espectroscopia de absorción atómica. Así, el número total de átomos
disponibles para la absorción atómica. Así, el número total de átomos disponibles para la
absorción de la radiación por unidad de volumen disminuye, lo que produce una pérdida de
sensibilidad. Esta interferencia depende tanto de la temperatura de la llama como del
potencial de ionización del elemento en estudio.
La ionización puede ser detectada notando que la curva de calibración tiene una desviación
positiva a concentraciones altas, dado que la fracción de átomos ionizados es menor a
concentraciones mayores. Estas interferencias se pueden eliminar agregando a todas las
soluciones estándar y a la muestra un exceso del elemento que sea fácilmente ionizable en la
llama, por ejemplo: el sodio, potasio, litio o cesio, o mediante el empleo de una llama de
menor temperatura.
INTERFERENCIAS ESPECTRALES
Cuando una banda de absorción se sobrepone sobre alguna otra, se produce una
interferencia espectral. La posibilidad de que ocurra este tipo de interferencia se incrementa
cuando se emplean lámparas multielementos.
Para eliminar estas interferencias se puede reducir el ancho de la rendija o utilizan una
longitud de onda alterna.
En este tipo de interferencias, la radiación del elemento a determinar es directamente
influenciada, existiendo interferencias espectrales de línea e interferencias espectrales de
banda:
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• Las interferencias espectrales de línea ocurren cuando hay superposición de dos
líneas atómicas o cuando éstas no son resueltas por el monocromador.
El empleo de lámparas multielementos fabricadas con una combinación inadecuada de
elementos puede producir interferencias del segundo tipo, si dentro de la banda espectral
del monocromador se encuentra una línea de resonancia de otro elemento junto a la del
elemento a determinar.
En general este tipo de interferencias no son frecuentes debido a la naturaleza muy
específica de la longitud de onda que se usa en espectroscopia de absorción atómica. Si
se llegan a presentar se pueden eliminar seleccionando una segunda línea de resonancia
del elemento de interés (probablemente se obtenga mayor sensibilidad o empleando una
ranura del monocromador más angosta).
• Las interferencias espectrales de banda se producen debido a la absorción de la
radiación por moléculas o radicales, y por dispersión de la radiación por sólidos. Para
ambos efectos, que en principio son distintos, se emplea el término absorción de fondo.
Aquí existe una pérdida de radiación no específica que lleva a absorbancias mayores que
la absorbancia obtenida por el analito. La señal está compuesta por la absorción del
elemento a determinar más la absorción no específica.
La absorción molecular ocurre cuando una especie molecular en el atomizador posee un perfil
de absorción que se superpone al del elemento de interés. El espectro molecular del
hidróxido de calcio muestra un máximo de absorción en la línea de resonancia del bario.
Este problema es más serio en la región espectral bajo los 250 nm, donde concentraciones
altas de metales alcalinos y de otras sales muestran una alta absorción molecular.
La dispersión de la luz ocurre cuando partículas de sólidos causan una deflexión de parte de
la radiación de la fuente fuera del eje del sistema monocromador-detector. Estos problemas
son relevantes con muestras conteniendo altas concentraciones de elementos refractarios.
Los métodos más empleados en la corrección de la absorción de fondo son:
Capitulo I
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i. Método de corrección de doble línea.
En este método se realiza la medición de una línea de emisión no absorbida por el
analito, cuyo valor se resta al valor de la medición obtenida a la longitud de onda de
resonancia del analito. El método tiene la desventaja que a veces no es fácil disponer de
una línea de no resonancia cercana a la línea de resonancia del analito.
ii. Método de corrección continua de fondo.
La forma más eficaz para medir la absorción de fondo es realizar la medición empleando
una lámpara de deuterio o de hidrógeno que emite un espectro continuo bajo los 320
nm. En estos instrumentos ambas fuentes radiantes (lámpara de cátodo hueco (LCH) y
de deuterio (LD) son moduladas a la misma frecuencia, pero desfasadas, recorriendo el
mismo camino óptico a través de la muestra en el monocromador para llegar al
detector. Este observa alternadamente en el tiempo las dos fuentes radiantes. La
electrónica del instrumento separa ambas señales y compara la absorción de ambas
fuentes entregando una señal corregida con respecto a la absorción de fondo.
1.2.3 ANÁLISIS CUANTITATIVO
El análisis cuantitativo tiene como fundamento de la aplicación de la ley de Beer, la cual nos
dice que la absorbancia es proporcional a la concentración del elemento a analizar.
A continuación se describe la relación entre la concentración y la absorbancia.
La transmitancia se define como la razón de la intensidad final a la intensidad inicial. La cual
se puede expresar con la siguiente relación:
°= IIT / 1
La absorbancia es el logaritmo decimal de la inversa de la transmitancia, es decir:
)/1log( TA = 2
Capitulo I
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Finalmente el término absorbancia es una relación matemática que se obtiene sustituyendo la
ecuación 1 en 2:
)/log( °−= IIA 3
La ley de Beer establece que la absorbancia es proporcional a la concentración de las
especies absorbentes. Este comportamiento de proporcionalidad permite que la técnica de
absorción atómica se utilice para las determinaciones cuantitativas.
CbA **ε= 4
Donde:
T: Transmitancia
I°: Intensidad de la luz
I: Intensidad de la luz transmitida
A: Absorbancia
ε: Absortividad molar
b: Longitud de la celda por el cual pasa la luz
C: Concentración del elemento absorbente
Existen diferentes métodos analíticos que se aplican en la técnica de absorción atómica para
la determinación cuantitativa del elemento a analizar. La aplicación de estos métodos
dependerá del tipo de matriz de la muestra problema. Los métodos más utilizados son:
Método de cuantificación con un estándar
La curva de Calibración
Adición de Estándar
Capitulo I
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MÉTODO DE CURVA DE CALIBRACIÓN
Se prepara una serie de soluciones con concentraciones conocidas y/o patrón del metal en
cuestión y a las cuales se les determina su absorbancia. Con esta información se construye
una grafica que relacione las absorbancias y las concentraciones de los estándares (Se utiliza
por lo general un mínimo de 3 estándares, aunque si el equipo se opera manualmente, se
puede introducir hasta 8 estándares).
Para medir la concentración de la muestra problema, se mide su absorbancia y empleando la
curva de calibración se determina su concentración por interpolación.
Para la optimización de las curvas de calibración se debe considerar:
Intervalo lineal.
La sensitividad.
Límite de detección.
00,05
0,10,15
0,20,25
0,30,35
0,40,45
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Concentración (ppm)
Abs
orba
ncia
Figura 1.24 método de curva de calibración
Muestra problema
Capitulo I
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INTERVALO LINEAL
Se deben prepara soluciones de diferentes concentraciones y graficarlos contra las
absorbancias respectivas. Una vez determinada la gráfica se selecciona el rango lineal para
trabajar en el análisis cuantitativo y cumplir de esta manera con la ley de Beer.
SENSITIVIDAD
Es un término que nos indica la concentración en partes por millón (ppm) requerida para
producir una lectura de absorbancia de 0.0044. esta concentración se determina con la
siguiente relación, empleando cualquier concentración del intervalo lineal, así como su
respetiva absorbancia.
0044.0tan adSensitivid
AC
medida
dares =
LÍMITE DE DETECCIÓN
Es la concentración mínima de un elemento que puede ser medida con precisión. Se puede
trabajar soluciones dentro del intervalo lineal y disminuir progresivamente estas
concentraciones, las cuales deben de mantener la relación lineal. En determinado momento
la señal ya no será lineal y el equipo sólo proporcionará ruido como señal de absorbancia. La
concentración mínima que se comporte linealmente se considera como límite de detección.
Capitulo II
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Capitulo II
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II. EXPERIMENTACIÓN
Las principales determinaciones que se les realizan a los
aceites lubricantes en general son desgaste de aditivo y
contenido de metales ocasionados por el desgaste de las
piezas lubricadas.
En las industrias donde se utiliza el aceite lubricante para
motores, es común utilizar el análisis espectroscópico de
Absorción Atómica para determinar los metales de desgaste procedentes de los motores de
servicio, mediante el análisis de las partes móviles de los motores. Con esto se identifica el
momento en que se requiere un cambio de lubricante, además de prevenir fallas en algunas
de las partes del motor.
La determinación de trazas de metales en aceites de máquinas ha permitido identificar el
desgaste de piezas en las mismas, con lo que se puede anticipar fallas, y mejorar el
mantenimiento preventivo.
El aceite se muestrea a intervalos de tiempo. Los metales de desgaste dependen del tipo de
aleaciones de que estén fabricadas las diversas partes de la máquina. Un incremento en la
concentración del metal de la aleación sugiere un desgaste en ese componente específico
dentro de la máquina.
En espectroscopía de Absorción atómica, la experimentación consiste en construir una serie
de curvas de calibración para la cuantificación y posteriormente, de tratamiento para la
eliminación del la materia orgánica y dejar en solución a los metales. Para la obtención de
resultados confiables se requiere que los resultados que se esperan de las muestras de
aceites lubricantes usados se encuentren dentro del intervalo definido por las curvas de
calibración.
Capitulo II
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2.1 BASE DE LA EXPERIMENTACIÓN
2.1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEITES LUBRICANTES USADOS DE LOS MOTORES
DIESEL Y DE GASOLINA
Para el presente estudio se utilizaron diferentes tipos de aceites lubricantes usados
desconociendo las marcas de cada uno de los aceites analizados, ya que el origen de los
mismos puede modificarse por factores externos, es decir, el aceite puede presentar
alteraciones en la concentración de metales de desgaste (Cu, Fe, Cr) debido al kilometraje de
la máquina y horas de servicio del motor. En la tabla 2.1 se indican las características más
relevantes acerca de los aceites de desgaste para cada uno de los motores a gasolina y de
diesel analizados.
Tabla 2.1 Características de las muestras para el análisis por AA
MUESTRA TIPO DE
MOTOR
KILOMETRAJE HRS. DE
SERVICIO
CARACTERISTICAS
D Gasolina ------------- 200 hr. Montacargas, Nissan 91,
modelo PH-02
E
Gasolina
-------------
200 hr.
Montacargas, Komatsu-
98 FG-25-HT
F diesel ------------- 5000 hr. Voltro modelo
2003,Detroit Diesel
G diesel ------------- 5000 hr. Voltro modelo 2005,
Cumins
H
diesel
33000Km
-------------
Mercedes Benz, modelo
2003,General Motors
(GM)
I Gasolina 5000 Km ------------- Cavalier GM-94
J diesel ------------- 5000 hr Caterpillar
Capitulo II
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2 MUESTREO DEL ACEITE LUBRICANTE
Procedimiento de muestreo
Las muestras de aceites usados se deben tomar recién detenido el mecanismo con el fin de
que todas las impurezas se encuentren en suspensión en el cuerpo del aceite y los resultados
sean lo más representativos posibles. El muestreo se pude realizar por medio de los
siguientes métodos:
Tapa de llenado (Man Hole).
Método del tapón de drenaje.
Depósitos periféricos: debe removerse cualquier suciedad en el tapón de drenaje.
Método de sifón: la muestra es tomada del punto medio del cárter.
Método de válvula de presión: la muestra puede ser tomada con el equipo en
operación.
Tamaño de la muestra y tipo de envase
Las cantidades mínimas de muestra que deben ser enviadas al laboratorio para hacer un
análisis completo del aceite se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 2.2 Tipo y cantidad muestras
TIPO DE ACEITE CANTIDAD
Aceite de turbinas, sistemas hidráulicos y
sistemas de circulación
1 Litro
Aceites para motores diesel y a gasolina 1 Litro
Aceites para engranes y transmisiones
automotrices
½ Litro
Depósitos sólidos 100 gramos
Aceites para cortes (solubles y no solubles) 1 Litro
Los recipientes empleados para alojar las muestras pueden ser botellas de vidrio o metálicas
bien limpias.
Capitulo II
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TOMA DE MUESTRA
La toma de muestra de los aceites usados para el análisis es muy importante, ya que es
necesario que dichas muestras sean perfectamente representativas del aceite total existente
en la máquina, especialmente cuando esta en operación. Se toman en cuenta los siguientes
puntos para el muestreo:
El aceite se muestrea a intervalos regulares de tiempo.
Las muestras se toman a las condiciones de operación, esto es, cuando el motor se
encuentra caliente, a la temperatura normal de trabajo.
Las muestras del aceite usado se toman todas del mismo lugar (generalmente, del
depósito de aceite de corte: se conoce como aceite de corte ).
Las muestras se toman en recipientes de plástico.
El objetivo de la toma de muestra es:
Llevar un seguimiento continuo del estado del equipo a través de un mantenimiento
preventivo.
Prevenir las fallas del motor y evitar costosas reparaciones.
Una falla inesperada del motor puede tener repercusiones muy importantes en todo un
proceso y originar gastos elevados, cuando se llevan a cabo diagnósticos continuos se puede
prever la necesidad de una reparación futura. No cabe duda que un mantenimiento
preventivo es la mejor solución contra las paralizaciones y los costos de reparación excesivos,
en muchos de los casos aunque se lleve a cabo un mantenimiento de rutina, a veces, debido
a condiciones de trabajo poco usuales o factores externos mas allá del control se producen
problemas de desgaste crítico que no se detectan a simple vista
TÉNICAS DE MUESTREO
La obtención de la muestra del aceite usado debe ser válida, es decir, aquella muestra que
representa al aceite que circula a través del sistema a temperatura operativa o cercana. A
continuación se presentan tres métodos diferentes para la obtención de muestras*.
Muestra tomada del tapón de drene. El tapón de drene está ubicado en la parte inferior del
colector de aceite, la forma más común de obtener una muestra usando éste método es
tomándola mientras* se drena el aceite del motor.
* Para el presente estudio se utiliza la técnica de la toma de muestra por bomba de succión.
Capitulo II
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Toma de muestra por bomba de succión (Vampiro). Hay varios tipos de
bombas de succión, básicamente todas constan de tres partes: una pistola o bomba
de succión, un recipiente para la muestra, y un tubo de plástico por el cual se
succiona la muestra.
La bomba produce un vacío en la botella y la muestra fluye a través de la manguera
o tubo de plástico hacia la botella, para realizar este tipo de muestreo se llevan a
cabo las siguientes consideraciones:
1. Para cada muestra tomada se debe de utilizar una manguera nueva.
2. La máquina debe tener su temperatura de operación promedio.
3. Cuando se tome la muestra a través del conducto de la bayoneta hacia el cárter,
la longitud que será introducida de la manguera será igual a la longitud de la
bayoneta, ya que de lo contrario podría provocar el deterioro del cárter, así
como succionar material que se deposita en dicha sección del sistema.
4. La bomba de succión debe permanecer limpia, en caso contario no puede ser
utilizada.
5. Las bombas que se utilizan con mejores resultados son los “Vampiros” que surte
el fabricante Caterpillar.
6. Tener el material de muestreo en un lugar libre de cualquier contaminación con
polvo, se debe verificar antes de cada muestreo que el material se encuentre
limpio y seco
• Toma de muestra por el “Método del grifo”. Probablemente la manera más precisa de
obtener una muestra de lubricantes mediante grifos instalados especialmente en el
sistema (venas de lubricación). Una buena ubicación para el grifo es la galería del
aceite principal donde se instala una “T” fuera del bloque para insertar la válvula del
grifo, esta puede instalarse donde se ubique la unidad de transmisión de presión del
aceite, otra buena posición es cerca del filtro del tipo de derivación, una “T” puede ser
instalada en la entrada del filtro de derivación, la instalación de esta “T” y grifos no es
muy costosa
Capitulo II
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2.2 DESARROLLO EXPERIMENTAL
Para el desarrollo experimental fue necesario llevar a cabo el análisis de aceites usados por
espectroscopía de Absorción Atómica, que proporciona información sobre el grado de
desgaste del motor a diesel o a gasolina, el nivel de deterioro del aceite usado, el nivel de
desgaste mecánico de las superficies metálicas que se lubrican y las materias orgánicas,
algunas otras pruebas nos indican el nivel de contaminación con partículas sólidas, relación
de viscosidad con la temperatura, el contenido de aditivo.
El diagnóstico técnico de motores de combustión interna (motores de Diesel y motores de
gasolina) ha evolucionado enormemente en los últimos años, las principales ventajas que
ofrece el diagnóstico de motores de combustión interna son:
Constituye una herramienta del mantenimiento predictivo.
Evita que el motor se pare de manera inesperada.
Ayuda a prevenir fallas.
Incrementa la vida útil del motor.
Mejora la disponibilidad de los motores y contribuye con el control de emisión de los gases de
escape evacuados hacia el medio ambiente, disminuyendo la contaminación del aire
Capitulo II
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2.2.1 Material
Para el desarrollo experimental se debe contar con el siguiente material:
Crisoles de tamaño medio
Triple
Mechero bunsen
Vaso de precipitados
• Pinzas para crisol
• Vidrios de reloj
Tela de asbesto
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• Papel filtro Watman No. 541
• Triangulo de porcelana
• Embudos
• Pipetas volumétricas de 10 ml
• Matraces volumétricos de 25ml,
10ml y 100ml
• Pipetas pasteur
Capitulo II
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EQUIPO
Espectrofotómetro de Absorción Atómica, marca PERKIN ELMER, modelo 3100 y
A.Analyst 100
Lámparas de cátodo hueco de 1 solo elemento: Fe, Cu
Lámpara de cátodo hueco, multielementos ( equipo PERKIN ELEMER 3100): Ag, Cr,
Cu,Fe,Ni
Balanza analítica, marca Sartorius, precisión: + -0.0001g
Figura 2.1 Equipo de Absorción Atómica marca Perkin Elmer modelo 3100
Figura 2.2 Equipo de Absorción Atómica marca Perkin Elmer A.Analyst 100
Capitulo II
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2.2.2 REACTIVOS
Los reactivos utilizados durante el tratamiento de la muestra son:
H2SO4 (Ácido Sulfúrico)
H2O destilada
Solución de HCl 1:1 (ácido Clorhídrico): medir 50 ml de HCl y disolver en 50ml. De
H2O destilada
2.2.3 PREPARACIÓN DE ESTANDARES DE CALIBRACIÓN
La preparación de los estándares de calibración resulta ser un parámetro muy importante
para la obtención de resultados confiables y fidedignos, ya que cuando las absorbancias de
los estándares de calibración se grafican contra sus concentraciones respectivas, se obtiene
una curva de calibración que permite determinar las concentraciones de las muestras
problema, obteniendo el valor de absorbancia. En la curva de los estándares de calibración se
presenta como una línea recta, lo que nos indica un comportamiento lineal y que cumple con
la ley de Beer.La preparación de los estándares de los diferentes metales se basa en las
referencias del “cook book” que indican el rango lineal a una longitud de onda, en que se
encuentra cada uno de los metales, dichos datos nos permiten determinar el número y
concentraciones posibles de los estándares de calibración.
Tabla 2.3 Información del “cook book”
Elemento Wavelenght
nm
slit Relative
noise
Sensitividad
mg/L
Sensitividad
Check
mg/L
Linear
Range
mg/L
Cu 324.8 0.7 1 0.077 4 5
Cr 357.9 0.7 1 0.078 4 5
Fe 248.3 0.2 1 0.10 5 5
Capitulo II
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Preparación del estándar de calibración de Fe
1. Pesar 0.01 g. de Fe
Figura 2.3 Balanza de medición
3. Calentar con reflujo hasta que se
disuelva el Fe durante 5 minutos
sprox
Figura 2.5 Calentamiento
2. Disolver con HNO3 (1:1)
Figura 2.4 Disolución d muestra
4. Hacer lavados y aforar a 100 ml con agua destilada(la concentración resultante es de 100ppm)
a) Figura 2.6 a) Lavados b) prep.. de sol. b)
Capitulo II
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5. Tomar alícuotas de 1,3,5 mL. De la solución de 100ppm y aforar a 100mL con agua
destilada (la concentración resultante será de 1,3,5 ppm)
Figura 2.7 Preparación de estándares
Preparación del estándar de calibración de Cu
1. De una solución de Cu de 100 ppm, tomar alícuotas de 1,3,4 y 5 mLy afoar a
100mL(concentraciones resultantes de 1,3,4 y 5 ppm)
Figura 2.8 Preparación de estándares de Cu
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Preparación del estándar de calibración de Cr
1. De una solución de Cr de 100 ppm, tomar alícuotas de 1,3,4 y 5 mLy afoar a
100mL(concentraciones resultantes de 1,3,4 y 5 ppm)
Figura 2.9 Preparación de estándares de Cu
Capitulo II
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2.2.4 TRATAMIENTO DE MUESTRAS
Este tratamiento de muestras se utiliza para la cuantificación de metales (excepto plomo, por
su alta volatilidad y peligro a la salud) de desgaste y de composición en los motores de
combustión interna. La prueba se usa en aceites nuevos para determinar si el aceite contiene
la cantidad apropiada de aditivo. La diferencia entre los residuos sulfatados de aceite nuevo y
los del mismo aceites después de usarlo, pueden indicar le agotamiento de aditivo en los
motores de combustión interna.
El tratamiento que se lleva a cabo a las muestras de aceites lubricantes usados es el de la
norma ASTM D 5863-00
1. Pesar 40g. de muestra (aceite usado)
Figura 2.10 Muestras en los crisoles
2. Montar el equipo como se muestra en la figura 2.1 seguido de un calentamiento
continuo hasta el momento en que aparezca la concentración de vapores que sean lo
suficientemente intensos para inflamarse (destello).
Figura 2.11 Calentamiento de muestras
Capitulo II
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3. Al pasar la flama del mechero sobre la superficie de la muestra de aceite y ésta continúa
ardiendo por lo menos durante 5 segundos, se le conoce como temperatura de ignición,
la cual debe mantenerse a una temperatura tal que la muestra siga quemándose a una
velocidad uniforme y moderada, dejando solamente cenizas y carbón al terminar la
combustión.
Figura 2.12 Encendido de muestras
4. Se enfría y humedece completamente el residuo con la cantidad más pequeña posible
de H2SO4 concentrado con el fin de arrastrar las cenizas sulfatadas.
Figura 2.13 Enfriamiento y adición de ácido sulfúrico
Capitulo II
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5. Calentar cuidadosamente el crisol a una temperatura baja, evitando que se produzcan
proyecciones, hasta que ya no se produzcan humos de H2SO4. Después, se coloca el
crisol en la mufla y se aumenta gradualmente la temperatura hasta 600°C durante 40
min. Tiempo necesario para continuar con la mineralización completa de la muestra.
Figura 2.14 Calentamiento y obtención de cenizas
6. Retirar el crisol de la mufla, y enfriarlo a temperatura ambiente, agregar suficiente
solución de HCL 1:1 (aproximadamente 5mL.) tratando de arrastrar todas las cenizas del
crisol.
Figura 2.15 Adición de HCl
Capitulo II
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7. Filtrar la muestra y realizar pequeños lavados con la solución de HCL 1:1 para
asegurar el arrastre de toda la muestra garantizando una buena cuantificación de los
metales (Cu, Fe, Cr). Posteriormente aforar el filtrado resultante con agua destilada hasta
25 mL
Nota: en algunos casos fue necesario llevar a cabo otras diluciones para asegurar resultados confiables, las cuales se presentan
especificadas en la secuencia de cálculos l
Figura 2.16 Filtración y preparación de muestra
2.2.5 SELECCIÓN DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL EQUIPO PARA EL ANÁLISIS
DE METALES
Para el análisis de muestras se seleccionan las condiciones de operación, y se procede a
optimizar el equipo y obtener las curvas de calibración, las condiciones para Fe, Cu y Cr se
muestran en las tablas 2.4, 2.5 y 2.6
Capitulo II
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Tabla 2.4 Condiciones de operación (Fe)
Longitud de onda 248.3
Slit 0.2
Flama Aire/Acetileno
Flujo de Oxidante 2.5
Flujo de Combustible 1.5
Energía 50
Tiempo de integración 5 s
Repeticiones de lectura de Absorbancia 3
Tabla 2.5 Condiciones de operación (Cu)
Longitud de onda 324.8 nm
Slit 0.7
Flama Aire/acetileno
Flujo de Oxidante 4.0
Flujo de Combustible 2.0
Energía
Tiempo de integración 5 s
Repeticiones de lectura de Absorbancia 3
Tabla 2.6 Condiciones de operación (Cr)
Longitud de onda 357.9
Slit 0.7
Flama Aire/Acetileno
Flujo de Oxidante 2
Flujo de Combustible 2.5
Energía
Capitulo II
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CALIBRACIÓN DEL EQUIPO
CALIBRACIÓN DEL EQUIPO PERKIN ELMER MODELO 3100
La calibración del equipo se hace en tres partes:
Alineación de la lámpara.
Calibración del quemador.
Calibración de la flama. Alineación de la lámpara
Antes de alinear la lámpara correspondiente al elemento a analizar se deben seguir los
siguientes pasos:
Seleccionar la longitud de onda del elemento a analizar, localizando el botón para
seleccionarla en la parte superior izquierda del equipo.
Seleccionar el ancho y la altura del “slit” , datos que se obtienen del cook book
Para análisis con flama la altura del “slit” se coloca siempre en “High”
Instalar la lámpara de cátodo hueco.
Encender el equipo
Presionar la tecla (Energy), la cual nos indica la cantidad de energía que emite la
lámpara.
Posteriormente ajuste los tornillos para alinear la lámpara, empezando con el de
ajuste grueso, si la barra que indica la cantidad de energía se sale de la escala, o no
pasa de la mitad se presiona la tecla (GAIN; ganancia ), para que la barra entre en
escala nuevamente y se obtenga la máxima energía
Continuar con el tornillo de ajuste fino, repetir los mismos pasos que para el tornillo
de ajuste grueso.
Calibración del quemador
Colocar un papel blanco en los extremos y en el centro del quemador, verificando la
alineación del mismo.
Presionar la tecla (CONT=continuo) Alinear el quemador con ayuda de las perillas para ajustar el ángulo y la profundidad, hasta que el haz proveniente de la fuente quede centrado a todo lo largo del quemador.
Capitulo II
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Presionar la tecla (A/Z) para obtener una lectura de “0” de absorbancia
Mover el quemador hacia arriba, con ayuda de la perilla de ajuste vertical, en sentido
contrario a las manecillas del reloj, hasta obtener una lectura positiva de absorbancia.
Bajar el quemador lentamente, con ayuda de la perilla, en el sentido de las manecillas
del reloj, hasta obtener un valor de 0 de Absorbancia
Mover la perilla ¼ de vuelta más en el sentido de las manecillas del reloj.
Calibración de la flama
Abrir la válvula del aire y regular la presión de salida entre 50- 65 psi
Abrir el tanque de acetileno y regular la presión de salida de 12- 14 psi
Girar la perilla del oxidante a la posición de (AIR)
Ajustar el flujo del oxidante a 4 unidades en el rotámetro, utilizando la perilla
correspondiente
Ajustar el flujo del acetileno entre 2-2.5 unidades en el rotámetro, utilizando la perilla
correspondiente
Una vez ajustados los flujos regresar la perilla a la posición OFF
Para encender la flama, girar la perilla a la posición (AIR) y oprimir el botón
(IGNITE), sosteniéndolo hasta que encienda la flama
Aspirar el blanco y dejar que la flama se estabilice durante 30-60 seg
Presionar la tecla (A/Z) para obtener una lectura de 0 Absorbancia
Aspirar el estándar de concentración característica y ajustar el quemador moviendo
las perillas que modifican la profundidad y el ángulo del quemador, hasta obtener el
máximo valor de absorbancia.
La lectura de Absorbancia debe ser de 0.2 ± 20% La concentración característica de un elemento, es la concentración que da una lectura de absorbancia de aproximadamente 0.2. Los valores de las concentraciones características se encuentran en el “Cook book” de AA
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CALIBRACIÓN DEL EQUIPO PERKIN ELMER MODELO 100 CON EL PROGRAMA A ANALYST
WINLAB
Abrir válvulas de gases y verificar que los gases tengan la siguiente presión de
alimentación: Aire: 50 – 60 psi (3.5 – 4.5) Kg/cm2
Acetileno: 12- 14psi (0.85-1) Kg/cm2
Colocar lámpara de cátodo hueco
Encender el regulador de voltaje.
Encender el instrumento.
Encender la computadora (monitor y CPU)
Abrir el programa AAnalyst Winlab
Abrir o crear el método correspondiente de análisis
Calibración de lámpara.
Dar un clic en el icono de Lamps, aparecerá el cuadro de alineación de lámparas,
llenar los recuadros con la información solicitada (Elemento, tipo de lámpara HCl o
EDL y corriente) de acuerdo a las lámparas que se encuentran instaladas.
Figura 2.17 Pantalla de energía de la lámpara
Dar un clic en el botón de Set Up para encender la lámpara y permitir el ajuste de la
longitud de onda.
Capitulo II
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Mueva las perillas de alineación de la lámpara (ajuste vertical y horizontal) hasta que
la barra verde alcance la máxima longitud, si la barra satura el indicador, dar un clic
en el icono de Set MidScale, tantas veces como sea necesario.
Figura 2.18 Pantalla la generación de energía de la lámpara
Cerrar la ventana de Alineación de la Lámpara (AlingLamps)
Calibración de quemador.
Colocar un papel (que contiene un punto de referencia), en uno de los extremos del
quemador.
Alinear el quemador con la ayuda de las perillas para ajustar el ángulo y la profundidad
hasta que coincida el haz proveniente de la fuente con nuestro punto de referencia.
Ahora colocar el papel en el centro y posteriormente en el otro extremo, con el objeto de
obtener el haz proveniente de la fuente centrado a todo lo largo del quemador.
Para ajustar la altura del quemador, dar un clic en Tools y clic en Continuos graphics
Capitulo II
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Figura 2.19 Pantalla de acceso a continuos graphics
Bajar el quemador con la perilla de movimiento vertical, hasta que el haz luminoso
pase sin interferencia, y dar un clic en Auto cero, subir el quemador hasta que
aparezca una lectura positiva aprox. 0.050 Abs, bajar el quemador lentamente, hasta
obtener lectura de 0.000 Abs, y dar un cuarto de vuelta adicional. Cerrar la ventana
de Continuos Graphics.
Figura 2.20 Verificar la alineación del quemador
Capitulo II
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Calibración de flama
Dar un clic en el icono de Flame
Dar un clic en el botón de encendido On/Off
Figura 2.21 Control de la flama
Cerrar la ventana de Flame Control.
Dar un clic en Tools y después dar clic en Continuos Graphics, absorber un blanco y
dar un clic en Auto cero, absorber el estándar de calibración y realizar los ajustes
necesarios para obtener la lectura de máxima absorbancia (Valor mínimo 0.200 abs).
Figura 2.22 Absorbancia del blanco y del std de calibración
Capitulo II
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85
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2.2.7 ELABORACIÓN DE LA CURVAS DE CALIBRACIÓN
EQUIPO PERKIN ELMER MODELO 3100
1. Oprimir la tecla [Param entry] y proporcionar los siguientes parámetros
correspondientes.
Tiempo de integración. Dar un valor de 1 y presionar enter.
Número de replicas. Dar un valor de 3 y presionar enter.
Tipo de calibración. Proporcionar el número que corresponde al tipo de la calibración
deseado, después presionar (Enter).
Concentración de estándares. Proporcionar la concentración del primer estándar para el
elemento que se está analizando, Después presionar Enter para aceptar el valor del
primer estándar.
Nota: El formato que se incorpora para el primer estándar determina el formato para todos los estándares incorporados.
Se pueden introducir hasta 8 estándares aunque normalmente tres son suficientes para
construir la curva de calibración.
Introducir el Reslope (RSLP), generalmente es el del ultimo estándar y dar enter
Ir a la cabeza del método, LAMP CUR
2. Calibración de la Lámpara
3. Alineación del quemador
4. Calibración de la flama
5. Abrir válvulas de aire y acetileno
6. Encender flama y dejar que se caliente el quemador
7. Oprimir A/Z
8. Aspirar el estándar de calibración para obtener el valor de 0.22
9. Optimización de la profundidad del quemador
10. Regresar a cero, aspirando el blanco
11. Optimización del ángulo del quemador
12. Regresar a cero, aspirando el blanco
13. Aspirar los estándares en el orden que se introdujeron y presionar [Calib] enter Aspirar la muestra y oprimir la tecla [Read] para obtener la concentración de la muestra problema.
Capitulo II
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EQUIPO PERKIN ELMER MODELO A-ANALYST 100 CON EL PROGRAMA AA WINLAB
1. Abrir válvulas de gases
2. Colocar lámpara
3. Encender el regulador de voltaje.
4. Encender el instrumento.
5. Encender la computadora (monitor y CPU)
6. Abrir el programa AAnalyst Winlab
7. Crear un método ó Abrir un método almacenado.
Para crear un nuevo método
Ir a File y dar un clic, posteriormente ir a New, después a Method y dar un clic, ahora
aparecerá un cuadro de dialogo.
Figura 2.23 Crear un nuevo método
Seleccione el elemento a ser analizado y dar un clic en Ok.
Figura 2.24 Nombrar método
Capitulo II
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Dar un clic en el icono de MethEd, aparecerá varios folders con las condiciones
instrumentales
Figura 2.24 Condiciones del equipo
El primer fólder es el del instrumento (Inst). En este fólder teclear una breve
descripción del método que se desea analizar en el cuadro de Method Desc y seleccione
los parámetros de acuerdo al elemento a analizar.
Figura 2.25 Parámetros del instrumento
Capitulo II
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Dar un clic en el Fólder de Calib y seleccionar los parámetros correspondientes.
Figura 2.26 Selección del tipo de ecuación
Dar un clic en el fólder de Standard Concs, del lado derecho, y teclear la
concentración de los estándares de calibración
Figura 2.27 Proporcionar nombre de estándares
Capitulo II
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Dar un clic en Edit, ir a Check Method, para revisar que los parámetros sean consistentes
y compatibles.
Figura 2.28 Proporcionar nombre de estándares
Para salvar el método, dar un clic en File, ir a Save As, ir a Method y dar un clic, teclear el
nombre del archivo con el cual desea guardar método y dar un clic en ok
. Figura 2.29 Guardar método
Capitulo II
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Para abrir un método almacenado
Dar un clic en File, ir a Open, ir a Method y dar un clic.
Dar un clic en el icono de MethEd.
En el cuadro de dialogo de métodos, seleccionar el método a ser utilizado dando un
clic en él y otro clic en Ok.
Calibración de lámpara.
Calibración de quemador.
Calibración de flama: Dar un clic en el icono de Flame, dar un clic en el botón de
encendido On/Off,
Cerrar la ventana de flame
Dar un clic en Tools y clic en Continuos Graphics, absorber un blanco y dar un clic en
Auto cero, absorber el estándar de calibración y realizar los ajustes necesarios para
obtener la lectura de máxima absorbancia (Valor mínimo 0.200 abs).
Figura 2.30 Absorber blanco
Capitulo II
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Crear Curva de Calibración
Dar un clic en el icono de WkSpace y después dar otro clic en Manual.film, para que
se presenten el arreglo de ventanas útiles para el análisis.
Absorba un blanco y en la ventana de Manual Análisis Control dar un clic en Analize
Blank.
Figura 2.31 Curva de calibración
Absorba el primer estándar y dar un clic en Analyze Standard, repita este paso con
cada estándar
Analizar Muestras
Absorba la primera muestra y dar un clic en Analyze Sample anotando sus
correspondientes valores de absorbancia, repita este paso para cada muestra a ser
analizada.
A continuación se presentan las curvas de calibración obtenidas con el EQUIPO PERKIN
ELMER MODELO 100 CON EL PROGRAMA AA WINLAB para los metales de Cu y Fe Y con el
PERKIN 3100 para los metales de Cu, Fe y Cr.
Capitulo II
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CURVA DE CALIBRACIÓN Fe ppm
R2 = 0,9991
R2 = 0,9988
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5CONCENTRACION ppm
AB
SOR
BA
NC
IA
PE-3100 PE-100Lineal (PE-100) Lineal (PE-3100)
Grafica 2.1 curva de calibración de Fe con los dos equipos de AA
Capitulo II
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CURVA DE CALIBRACION DE Cu
R2 = 0.9987
R2 = 0.9989
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
CONCENTRACION ppm
AB
SOB
AN
CIA
PE 100 PE 3100
Lineal (PE 100) Lineal (PE 3100)
Grafica 2.2 curva de calibración de Cu con los dos equipos de AA
Capitulo II
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NOTA: Debido a que los puntos en la curva de calibración de Cr son muy distantes, y no reflejan una tendencia requerida, se dispuso a sepáralas en dos curvas con diferente concentración para así observar una mejor presentación de los datos
CURVA DE CALIBRACIÓN Cr
R2 = 0,995
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
CONCENTRACIÓN ppm
AB
SOR
BA
NC
IA
PE-3100 Lineal (PE-3100)
Grafica 2.3 curva de calibración con todos los puntos de Cr con el equipo PERKIN 3100
Capitulo II
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CURVA DE CALIBRACIÓN Cr (0 -0,5 ppm)
R2 = 0,992
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5
CONCENTRACIÓN ppm
AB
SOR
BA
NC
IA
PE 3100 Lineal (PE 3100)
Grafica 2.4 curva de calibración de Cr desde 0 a 05 ppm
Capitulo II
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CURVA DE CALIBRACIÓN Cr (1 - 5 ppm)
R2 = 0,9935
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5
CONCENTRACIÓN ppm
AB
SOR
BA
NC
IA
PE 3100 Lineal (PE 3100) Grafica 2.5 curva de calibración de Cr desde 1 a 5 ppm
Capitulo III
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Capitulo III
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Capitulo III
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III. ANÁLISIS DE METALES DE DESGASTE EN ACEITES LUBRICANTES POR
ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA
En el análisis de metales de desgaste de un aceite lubricante
automotriz usado, es muy complejo, ya que es necesario conocer
la fuente de desgaste en el motor, porque cada pieza del motor o
máquina esta hecha de un metal especifico o de algunas
aleaciones, lo que nos permite identificar mediante un análisis de
Absorción Atómica la concentración de los diferentes metales (Cu,
Cr y Fe) y la parte del motor que necesita atención.
3.1. MOTORES DIESEL
Para el análisis de las cuatro muestras de aceites lubricantes usados en motores a diesel, fue
necesario determinar para cada una de ellas el peso requerido para su respectivo análisis, los
parámetros de calibración para cada elemento (Cu, Fe, Cr), las absorbancias de los
estándares y por último las absorbancia de cada una de as muestras; que a continuación se
muestran
Tabla 3.1 Pesos de las muestras de los motores a Diesel
MUESTRA PESO g
Caterpillar 40.561
Mercedes Benz 40.022
Detroit Diesel 40.0473
Cummins 40.117
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ELEMENTO Fe
Nota: Todas las muestras para la determinación de Fe se llevó a cabo una dilución de 1mL de muestra en 10 mL
de agua destilada
Tabla 3.2 Parámetros de Fe
PARÁMETROS DE Fe VALOR OBTENIDO
Energía 50
Flujo oxidante 2.5
Flujo combustible 1.5
Absorbancia Std. Calibración
( 5ppm)
0.22
Tabla 3.3 Absorbancias y concentraciones de los estándares de Fe en dos equipos de A.A.
STD CONCENTRACION
ppm
ABSORBANCIA
PE-3100
ABSORBANCIA
PE-100
1 1 0.050 0.051
2 3 0.131 0.137
3 5 0.214 0.223
Tabla 3.4 Absorbancias y concentraciones de las muestras en motores Diesel
MUESTRA ABSORBANCIA CONCENTRACIÓN
ppm
PE-3100
CONCENTRACIÓN
ppm
PE-100
CATERPILLAR 0.179 4.110 3.615
MERCEDES BENZ 0.070 1.65 1.538
DETROIT DIESEL 0.071 1.613 1.466
CUMINS 0.122 2.757 2.641
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ELEMENTO Cu
Tabla 3.5 Parámetros de Cu
PARÁMETROS DE Fe VALOR OBTENIDO
Energía 72
Flujo oxidante 4
Flujo combustible 2
Absorbancia Std. Calibración
( 4ppm)
0.267
Tabla 3.6 absorbancias y concentraciones de los estándares de Cu en dos equipos de A.A
STD CONCENTRACION
ppm
ABSORBANCIA
PE-3100
ABSORBANCIA
PE-100
1 0.5 0.036 0.038
2 1 0.072 0.075
3 1.5 0.108 0.110
4 3 0.206 0.210
5 5 0.329 0.334
Tabla 3.7 Absorbancias y Concentraciones de las muestras en motores Diesel
MUESTRA ABSORBANCIA CONCENTRACIÓN
ppm
PE-3100
CONCENTRACIÓN
ppm
PE-100
CATERPILLAR 0.262 3.910 3.90
MERCEDES BENZ 0.158 2.360 2.288
DETROIT DIESEL 0.071 1.040 0.971
CUMMINS 0.241 3.614 3.528
ESTA MUESTRA REQUIRIO DE UNA DILUCIÓN DE 1ml DE MUESTRA AFORADO A 10ml DE AGUA DESTILADA
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ELEMENTO Cr
Tabla 3.8 Parámetros de Cr
PARÁMETROS DE Fe VALOR OBTENIDO
Energía 74
Flujo oxidante 2
Flujo combustible 2.5
Absorbancia Std. Calibración
( 4ppm)
0.222
Tabla 3.9 Absorbancias y concentraciones de los estándares de Cr
STD CONCENTRACION
ppm
ABSORBANCIA
PE-3100
1 0.1 0.008
2 0.3 0.024
3 0.5 0.035
4 1 0.062
5 1.5 0.097
6 3 0.178
7 5 0.268
Tabla 3.10 Absorbancias y Concentraciones de las muestras en motores Diesel
MUESTRA ABSORBANCIAS CONCENTRACIÓN
ppm
PE-3100
CATERPILLAR 0.110 1.944
MERCEDES BENZ 0.035 0.623
DETROIT DIESEL 0.013 0.250
CUMMINS 0.035 0.630
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3.2. MOTORES A GASOLINA
Para el análisis de las tres muestras de aceites lubricantes usados en motores a gasolina, se
presentan los pesos requeridos para el análisis y las absorbancia de cada una de las
muestras, debido a que las condiciones de calibración de cada elemento (Cu, Fe, Cr) y las
absorbancias de los estándares son iguales a las mostradas por los motores diesel.
Tabla 3.11 Pesos de de las muestras de los motores a Gasolina
MUESTRA PESO g
Montacargas, Nissan 91, modelo PH-02 40.0606
Montacargas, Komatsu-98 FG-25-HT 40.0178
Cavalier GM-94 40.5611
ELEMENTO Fe
*NOTA: para el análisis de los motores a gasolina no se incluyen las tablas de los parámetros de los metales ,así
como la de las absorbancias de los estándares, ya que, son iguales a las tablas utilizadas en el análisis de motores
Diesel.
Tabla 3.12 Absorbancias y concentraciones de las muestras en motores a Gasolina
MUESTRA ABSORBANCIA
CONCENTRACIÓN
ppm
PE-3100
CONCENTRACIÓN
ppm
PE-100
Montacargas, Nissan 91,
modelo PH-02
0.087 1.947 1.767
Montacargas, Komatsu-98
FG-25-HT
0.110 2.467 2.324
Cavalier GM-94 0.144 3.146 3.146
A esta muestra se le hizo una dilución de 1mL de muestra en 100mL de agua destilada
Capitulo III
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ELEMENTO Cu Tabla 3.13 Absorbancias y concentraciones de las muestras en motores a Gasolina
MUESTRA ABSORBANCIA
CONCENTRACIÓN
ppm
PE-3100
CONCENTRACIÓN
ppm
PE-100
Montacargas, Nissan 91,
modelo PH-02
0.239 3.591 3.539
Montacargas, Komatsu-98
FG-25-HT
0.265 4.003 3.966
Cavalier GM-94 0.161 2.406 2.340
ESTA MUESTRA REQUIRIO DE UNA DILUCIÓN DE 1ml DE MUESTRA AFORADO A 10ml DE AGUA
DESTILADA
ELEMENTO Cr
Tabla 3.14 Absorbancias y concentraciones de las muestras en motores Diesel
MUESTRA ABSORBANCIA
CONCENTRACION
ppm
PE-3100
Montacargas, Nissan
91, modelo PH-02
0.028 0.599
Montacargas,
Komatsu-98 FG-25-HT
0.620 1.120
Cavalier GM-94 0.194 3.445
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3.3 CÁLCULOS
ELEMENTO Fe
elementodel
gmgg
Lmlml
LmgFede
unidades
muestraPesoVaforo
VmuestraVaforoCFede muestra
adilucion
adilucionequipo
_%
11000*
%100***__%
_%100***__%
2
2
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
=
Ejemplo
Fede
gmg
Lmlml
LmgFede PED __%01215.0
11000*061.40
%100*025.0*1
10*947.1__% 3100._ =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
Resultados Tabla 3.15 Resultados de motores Diesel
IDENTIFICACIÓN MUESTRA % Fe
PE-3100
ppm Fe
PE-3100
%-Fe
PE-100
ppm Fe
PE-100
J CATERPILLAR 0.00253 0.253 0.00223 0.223
H MERCEDES BENZ 0.00103 0.103 0.00096 0.096
F DETROIT DIESEL 0.00101 0.101 0.00092 0.092
G CUMMINS 0.00172 0.172 0.00165 0.165
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Tabla 3.16 Resultados de motores a Gasolina
IDENTIFICACIÓN MUESTRA % Fe
PE-3100
Ppm Fe
PE-3100
%-Fe
PE-100
Ppm Fe
PE-100
D Montacargas, Nissan
91, modelo PH-02
0.00122 0.122 0.0011 0.11
E Montacargas,
Komatsu-98 FG-25-HT
0.00154 0.154 0.00145 0.145
I Cavalier GM-94 0.02026 2.026 0.01929 1.929
ELEMENTO Cu
elementodel
gmgg
LL
mgCude
unidades
muestraPesoVaforoCCude muestraequipo
_%
11000*
%100**__%
_%100**__%
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
=
Ejemplo
Cude
gmg
LL
mgCude PED __%00022.0
11000*061.40
%100*025.0*591.3__% 3100. =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=−
Resultados Tabla 3.17 Resultados de motores Diesel
IDENTIFICACIÓN MUESTRA % Cu
PE-3100
ppm Cu
PE-3100
%-Cu
PE-100
Ppm Cu
PE-100
J CATERPILLAR 0.00241 0.0241 0.0024 0.24
H MERCEDES BENZ 0.00015 0.015 0.00014 0.014
F DETROIT DIESEL 0.00006 0.006 0.00006 0.006
G CUMINS 0.00023 0.023 0.00022 0.022
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Tabla 3.18 Resultados de motores a Gasolina
IDENTIFICACIÓN MUESTRA % Fe
PE-3100
ppm Fe
PE-3100
%-Fe
PE-100
Ppm Fe
PE-100
D Montacargas, Nissan
91, modelo PH-02
0.00022 0.022 0.00022 0.022
E Montacargas,
Komatsu-98 FG-25-HT
0.00025 0.025 0.00025 0.025
I Cavalier GM-94 0.00148 0.148 0.00144 0.144
ELEMENTO Cr
elementodel
gmgg
LL
mgCrde
unidades
muestraPesoVaforoCCrde muestraequipo
_%
11000*
%100**__%
_%100**__%
=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
=
Ejemplo
Crde
gmg
LL
mgCrde PED __%00004.0
11000*061.40
%100*025.0*599.0__% 3100. =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=−
Resultados Tabla 3.19 Resultados de motores Diesel
IDENTIFICACIÓN MUESTRA % Cr
PE-3100
ppm Cr
PE-3100
J CATERPILLAR 0.00013 0.013
H MERCEDES BENZ 0.00004 0.004
F DETROIT DIESEL 0.00002 0.002
G CUMINS 0.00004 0.004
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Tabla 3.18 Resultados de motores a Gasolina
IDENTIFICACIÓN MUESTRA % Fe
PE-3100
ppm Fe
PE-3100
%-Fe
PE-100
Ppm Fe
PE-100
D Montacargas, Nissan
91, modelo PH-02
0.00022 0.022 0.00022 0.022
E Montacargas,
Komatsu-98 FG-25-HT
0.00025 0.025 0.00025 0.025
I Cavalier GM-94 0.00148 0.148 0.00144 0.144
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TABLA 3.21 COMPARACIÓN DE ppm PERMISIBLES CON LOS RESULTADOS OBTENIDOS
IDENTIFICACIÓN MUESTRA Ppm Fe
3100 Ppm FeAA. 100
PERMISIBLES
ppm
Fe
Ppm Cu
3100
Ppm Cu
AA.100
PERMISIBLES
ppm
Cu
Ppm Cr
3100
PERMISIBLES
ppm
Cr
D Montacargas,
Nissan 91,
modelo PH-02
0.122 0.11 100 0.022 0.022 50 0.004 25
E Montacargas,
Komatsu-98 FG-
25-HT
0.154 0.145 100 0.025 0.025 50 0.007 25
F DETROIT DIESEL 0.101 0.092 90-140 0.006 0.006 23 0.002 15
G CUMMINS 0.172 0.165 60-84 0.023 0.022 20 0.004 15 H MERCEDES BENZ 0.103 0.096 118 0.015 0.014 45 0.004 15
I Cavalier GM-94 2.026 1.929 100 0.148 0.144 50 0.021 25
J CATERPILLAR 0.253 0.223 100 0.241 0.24 45 0.013 15
MUESTRA DE MOTORES A DIESEL
MUESTRA DE MOTORES A GASOLINA
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Capitulo IV
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IV. ANÁLISIS DE RESULTADOS
El análisis de aceite lubricante, por la técnica Espectrofotometrica de Absorción Atómica, es
una herramienta imprescindible que nos permite conocer el estado técnico de los motores
Diesel y Gasolina controlando la proporción del desgaste de un componente determinado,
identificando y midiendo concentraciones de los elementos de desgaste (Cro mo, Cobre y
Fierro).
Todos los análisis de aceite de motor usado reportarán elementos de materiales de desgaste.
Lo importante es minimizar ese desgaste a través un programa de mantenimiento proactivo.
Para reducir el desgaste utilizando el análisis de aceite, tenemos que entender de qué partes
del motor provienen esas partículas de desgaste.
A continuación se presentan los diagnósticos de las muestras de aceite lubricante de
motores diesel y gasolina, para cada elemento de análisis.
4.1 MOTORES A DIESEL
Se presenta el diagnóstico del estado técnico de un motor Diesel Caterpillar, Mercedes Benz,
Cummins y Detroit Diesel en base al análisis de aceite lubricante. El desgaste de los motores
puede ser medido por el kilometraje o por las horas de servicio, en este caso dichos motores
fueron medidos en horas de servicio excepto el motor Mercedes Benz el cual tiene un
kilometraje recorrido de 33, 000Km, mientras los demás registran 5000hr de servicio.
Además los motores deben contar con sistema de mantenimiento preventivo, y programa de
análisis de aceite de motor, para garantizar una larga vida al aceite.
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Para este tipo de motores la frecuencia de los mantenimientos es de cada 1000 horas,
ampliándose en caso de que los resultados de análisis del aceite lubricante del motor y los
parámetros de operación se encuentren en el rango normal. La frecuencia de muestreo de
aceite se realiza cada 250 horas.
Para el proceso de diagnóstico, se analizó la variación de los datos, visualizados en gráficos
de los contenidos de partículas metálicas (Fe, Cu, Cr); que permite establecer el siguiente
diagnóstico:
• Análisis de Fierro
El contenido de fierro en los motores a Diesel proviene de la fricción entre las paredes de los
cilindros (sean camisas o el bloque mismo) y los anillos. Pero también puede ser del árbol de
levas, el cigüeñal, las válvulas, los cojinetes, la bomba de aceite, los engranajes de la
cadenilla, el turbo, las guías de válvulas, o las bielas.
El hierro puede provenir del desgaste o herrumbre. Un motor que tiene aceite contaminado
por tierra, falta de viscosidad, o alto hollín (entre otros) tendrá desgaste por contacto o falta
de lubricación hidrodinámica.
Si el aceite está con agua, todas las piezas de hierro son sujetas a herrumbrarse. Si la
herrumbre es severa, puede continuar después de corregir el problema hasta que el aceite
logre a controlarla.
Los resultados que se obtienen en las cuatro muestras analizadas en ambos equipos de
Absorción Atómica representan concentraciones muy por debajo de lo que marca la norma
ASTM método de prueba D 5863, como se muestra en la gráfica 4.1, por lo tanto el daño que
presenta el motor no es severo.
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Gráfica 4.1 Comparación de concentraciones de Fe en muestras a diesel
0
20
40
60
80
100
120
140
0,1 0,172 0,103 0,253
Detroit Cummins Mercedez B. Caterpillar
ppm
Aunque las concentraciones no soy significativas, se debe considerar que si existe un
principio de desgaste en cada un o de los motores debido a que cuando el motor está
encendido, los pistones suben y bajan, raspando los anillos contra las paredes de los cilindros
constituidos principalmente de fierro lo cual nos indica que la lubricación esta fallando y por
lo tanto los anillos dependen de los aditivos anti-desgaste que proveen lubricación límite.
• Análisis de Cobre
El contenido de cobre normalmente viene de cojinetes, bujes, enfriador de aceite, arandela
de empuje, guías de válvulas y bujes de bielas.
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Los cojinetes y bujes normalmente son aleaciones y capas de diferentes metales blandos
diseñados para absorber impacto y desgaste en lugar del cigüeñal y las bielas.
El residuo de estos elementos viene de desgaste o corrosión, es decir, cuando falta
lubricación hidrodinámica por falta de viscosidad o velocidad el motor. Si el aceite no puede
cumplir con este requerimiento por falta de aditivos, al existir degradación o sobrecarga, el
cojinete roza contra su contraparte (el cigüeñal, biela, etc.) y se desgasta.
También se debe al desgaste originado de arandelas de empuje, éstas siempre están en
contacto con el bloque cuando exigimos la máxima fuerza del motor o lo sobrecargamos
tratando de acelerar rápidamente o subir las montañas. Este desgaste normalmente aparece
como cobre.
Las guías de válvulas deberían durar muchos años. Sin embargo, cuando el aceite es de baja
calidad y empieza a carbonizarse en los vástagos, este carbón desgasta las guías, causando
cobre en los análisis y alto consumo de aceite.
Aunque las concentraciones permisibles de éste metal, no son tan elevadas como en el caso
del metal fierro, debido a que las partes que están involucradas en la operación del motor
tienden a ser más sensibles al desgaste, como se observa en el gráfico 4.2
Gráfica 4.2 Comparación de concentraciones de Cu en muestras a diesel
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0,006 0,023 0,015 0,241
Detroit Cummins Mercedez B. Caterpillar
muestras
ppm
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La tendencia de los valores no son de alerta ya que las condiciones con las que trabajan los
se encuentran por debajo de las normales.
Cabe mencionar que el motor Caterpillar registra la concentración más alta respecto al resto
de los motores, difiriendo con el motor Mercedes Benz con 33,000 Km recorridos; dicha
diferencia no esta totalmente justificada por el hecho de el uso del aceite lubricante en el
motor, es decir, no es claro establecer una comparación entre kilometraje y horas de
servicio.
Generalmente se tendría un aumento de los metales de desgaste después de 200.000 Km de
servicio lo cual es completamente normal. Si el aceite no se cambia, cualquier análisis de
aceite mostrará en aumento de las partículas metálicas de desgaste.
• Análisis de cromo
Las concentraciones permisibles para el metal de desgaste de cromo son las más bajas en
comparación con el fierro y cobre, según lo que marca la norma ASTM método de prueba D
5863, debido a que es común encontrar el cromo de la camisa, las válvulas de escape, los
anillos, y algunos cojinetes; además de que surgen también de la contaminación del aceite.
La contaminación del aceite lubricante por suciedad con partículas sólidas causará ralladuras,
abrasión y desgaste en los engranajes y cojinetes. A su vez, estas ralladuras o defectos en la
superficie impedirá la creación de una adecuada película lubricante, necesaria para una
correcta lubricación.
Mientras que una contaminación por agua evita la formación de la película lubricante
necesaria, lo que provoca la oxidación prematura de los aceites lubricantes y oxida las partes
metálicas expuestas a su acción
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Como se puede observar en la gráfica 4.3, los aceites analizados no presentan contaminación
de aceite, como se explica en párrafos anteriores, es por ello que las concentraciones que
son reportadas se encuentran en una mínima cantidad.
Gráfica 4.3 Comparación de concentraciones de Cr en muestras a diesel
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0,002 0,004 0,004 0,013
Detroit Cummins Mercedez B. Caterpillar
muestra
ppm
4.2 MOTORES A GASOLINA
Se presenta el diagnóstico del estado técnico de un motor a gasolina Nissan 91, Montargas
Komatsu y Cavalier 94; el desgaste de estos motores es de 200hr de servicio, cantidad menor
que los motores a diesel, excepto el Cavalier, el cual registra un kilometraje de 5000 Km.
Generalmente las fallas que se provocan en un motor a gasolina, son las derivadas con los
fallos en la compresión, es decir, cuando la mezcla de aire-combustible no se puede
comprimir de forma apropiada, la combustión no se efectúa correctamente dentro del cilindro
produciendo fallos en el funcionamiento del motor.
Estas deficiencias pueden estar ocasionadas por el desgaste de metales en el motor como en
los cojinetes de las bielas desgastados, impidiendo que el cigüeñal gire adecuadamente, Falta
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de lubricante en el cárter, lo que impide que el pistón se pueda desplazar suavemente por el
cilindro llegando incluso a gripar o fundir el motor.
• Análisis de Fierro
El contenido de fierro en los motores a gasolina, al igual que en los motores a diesel proviene
de las mismas partes, es decir, de la fricción entre las paredes de los cilindros.
La determinación de la concentración de fierro que se obtienen en las tres muestras
analizadas en ambos equipos de Absorción Atómica representan concentraciones muy por
debajo de lo que marca la norma ASTM método de prueba D 5863, que muestra valores
constantes, independientemente del modelo del motor que se trate, por ello el sentido de la
grafica 4.4 es diferente ya que muestra la comparación entre el valor único permisibles de la
norma con las concentraciones de las diferentes muestras, que no representan un desgaste
persistente en el motor.
Por otro lado, se puede observar que el modelo de motor del Cavalier registra una
concentración superior con respecto al resto de las muestras, destacando que es el único que
registra un kilometraje conocido
Gráfica 4.4 Comparación de concentraciones de Fe en muestras a gasolina
0
20
40
60
80
100
100 0,116 0,1495 1,976
permisible Nissan Komatsu Cavalier
Muestras
ppm
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• Análisis de Cobre
El contenido de cobre al igual que en los motores de diesel se origina de los cojinetes, bujes,
enfriador de aceite, arandela de empuje, guías de válvulas y bujes de bielas.
Las concentraciones del cobre en los aceites para os modelos de Nissan y Komatsu, no
pueden ser observadas debido a la bajo concentración que se registra, mientras que el
modelo de Cavalier sigue presentandose de manera constante en ambos metales de
desgastye (Co, Fe).
Así en el gráfico 4.5 puede observarse que las muestras no presentan diferencia significativa
entre sí.
Gráfica 4.5 Comparación de concentraciones de Cu en muestras a gasolina
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
50 0,022 0,025 0,148
permisible Nissan Komatsu Cavalier
MUESTRAS
ppm
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• Análisis de cromo
El gráfico 4.6 muestra una vez más el comportamiento que presentan las muestras de aceites
lubricantes en motores a gasolina, encontrando que no se presenta contaminación del aceite
por suciedad con partículas sólidas o por la mezcla con agua del lubricante.
Además dicho gráfico representa el buen estado en que se encuentra el aceite,
independientemente del aspecto físico que presente, como por ejemplo la tonalidad del
aceite, ya que con frecuencia podríamos relacionar una coloración obscura con un mayor
desgaste en el motor y una coloración clara, con un buen funcionamiento del mismo motor.
Pero en dicho proceso sucede lo contrario, cuando encontramos un aceite obscurecido en un
tiempo corto, representa el buen funcionamiento que esta teniendo el lubricante en el interior
del motor, porque esta permitiendo la recolección y arrastre de las partículas sólidas
incrustadas en las paredes de los cilindros y demás piezas.
Gráfica 4.6 comparación de concentraciones de Cr en muestras a gasolina
0
5
10
15
20
25
25 0,004 0,007 0,021
permisible Nissan Komatsu Cavalier
muestars
ppm
Cr
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CONCLUSIONES
• El análisis de aceites lubricantes bajo el método de prueba ASTM D 5863 para la
identificación de metales de desgaste, requirió de un tratamiento de muestra en solución
acuosa debido a las limitantes de equipo y material para su análisis en el Laboratorio de
Química Analítica, lo cual necesitó un mayor tiempo de preparación de estándares de
calibración; mientras que el método tradicional utilizado en laboratorios especializados
para el análisis de aceites automotrices usados requiere de estándares orgánicos que
deterioran el equipo y perjudican la salud humana.
• Una buena lubricación en el motor evita el desgaste de las piezas móviles. Para lograrlo
se utilizan aceites de origen vegetal, mineral o sintético; todos éstos con aditivos que
mejoran sus características y funcionamiento. El aceite lubricante debe responder de
formas distintas a las cargas y presiones a las que es sometido
• Un Análisis de Aceite lubricante nos permite la detección temprana de niveles de
contaminación; determinando el periodo de reemplazo del aceite lubricante en el motor
Diesel y Gasolina
• El análisis de aceites usados puede identificar y predecir con precisión fallas en los
componentes, basándose en la composición de los metales y la velocidad a la que se
acumulan a lo largo del tiempo. Adicionalmente, es posible monitorear la presencia de
contaminantes externos, que no deberían encontrarse en el aceite.
• El estudio de cada metal brinda información sobre el origen de este contaminante.
• Las muestras de aceite lubricante en motores diesel y gasolina no presentaron desgaste
significativo, que permitiera señales de alarma en el mal funcionamiento de los motores
respectivos.
• El resultado del análisis de cada muestra representa indirectamente la condición del
motor desde el momento de la toma de la muestra determinando la concentración de
metales del aceite lubricante
• El número de muestras analizado (7) permitió comparar diferentes estados del aceite con
respecto al tiempo de servicio y kilometraje del lubricante y del motor, y verificar las
variables que constituyen un problema permanente dentro del sistema como las
partículas de cobre. Aunque la cantidad de muestras no fue suficiente para establecer
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una tendencia si se pudo definir e identificar las condiciones actuales de los motores en
operación.
• La organización e implementación de un programa de análisis de aceite lubricante,
basado en el control de las índices de contaminantes y de la variación de las
características físico-químicas, es una herramienta imprescindible que permite conocer
estado técnico del motor Diesel y controla proporción del desgaste de un compone
determinado, identificando y midiendo concentración de los elementos de desgaste de Cr,
Fe y Co
• Cuando se analizan varios motores, ya sea a gasolina o diesel es necesario tener en
cuenta que deben tener características similares en su operación, es decir, tiempo de
operación, clima en el que opera, características del aceite lubricante usado, operador y
tiempo en el que se da mantenimiento, todo ello para proporcionar datos estadísticos que
permitan establecer una tendencia confiable en el comportamiento de la vida útil del
aceite.
• El análisis de aceite es una herramienta para mejorar el mantenimiento y extender la vida
útil del motor.
• Un solo análisis para un motor normal no ayuda mucho para ver resultados, es la
secuencia de los análisis lo que genera una tendencia. Al saber los valores originales del
aceite y compararlos con los valores del aceite usado, relacionando los resultados con el
programa de mantenimiento (concluido e inconcluso), llevará al camino de la reducción
de costos de mantenimiento y aumento de productividad.
• Debido a que el aceite lubricante utilizado para el análisis por absorción atómica, no se
conocía su procedencia original, fue difícil establecer un diagnostico de las variables que
dieron la característica del buen funcionamiento del motor.
• De acuerdo a los resultados obtenidos, se observa que el motor a diesel Cartepillar
presenta mayores concentraciones de metales de desgaste, lo cual indica que ha tenido
mayor esfuerzo en su operación y por lo tanto un mayor desgaste con respecto a los
otros modelos de motores analizados.
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• El número de muestras analizadas permitió comparar diferentes estados del aceite con
respecto al tiempo de servicio y kilometraje recorrido
RECOMENDACIONES
• El periodo de cambio depende del régimen de contaminación de aceite y éste a su vez
depende de los factores cómo y dónde, ambos muy importantes para establecer los
periodos de cambio.
• Cambiar el aceite bajo condiciones favorables (operación en carreteras a velocidades
moderadas y con el motor correctamente calentado), a intervalos que no excedan el
límite máximo recomendado por el fabricante.
• Cambiar aceite bajo condiciones adversas (zonas polvosas, carreteras polvosas, altas
velocidades y temperaturas por tiempo prolongados, arranques y paradas frecuentes,
excesiva marcha lenta en vacío y tiempo frío), por lo menos en intervalos de 1,500
kilómetros, o más seguido cuando las condiciones sean especialmente severas.
• El programa de análisis de aceite debe continuar con el seguimiento de las
reparaciones que se realicen en los motores Diesel y gasolina, con el fin de mantener
un historial completo, debido a que un diagnóstico efectivo en base al análisis de
aceite se basa fundamentalmente en el historial de reparaciones y de las condiciones
de operación del motor Diesel y gasolina
• Para realizar el diagnóstico de un motor se necesita tener los datos completos del
motor, es por ello que el rotulado las etiquetas de las muestras de aceite lubricante
deberán tener los datos completos del motor a analizar
• Se deberá preparar un reporte completo del estado técnico de los motores Diesel y
gasolina en base al análisis del aceite para el planeamiento de las reparaciones.
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