Tema 14

Tema 14.- Lubricantes 1

Lubricantes 1.- Introduccin

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

- Disminucin de la energa que se pierde por friccin de dos superficies. - Disminucin del desgaste de las piezas y - Mejor eliminacin del calor producido por las piezas al rozar.

2.- Caractersticas de las bases lubricantes Viscosidad cinemtica ndice de Viscosidad Punto de inflamacin Punto de congelacin Volatilidad Contenido en azufre Composicin hidrocarbonada 3.- El mercado mundial de los lubricantes

4.- Clasificacin de una base lubricante.

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

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


5.- Bases minerales 5.1.- Bases convencionales (grupo I) 1. Fuel ligero 2. Vaselinas, ceras de parafina Residuo Fraccin soluble en propano lquido (Tb=-42 C) (Tb350 C) 3. Residuo* Asfaltos Lubricantes brutos

1

1

Residuo* Bases lubricantes de vacio

2

3

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

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

2

2

3

4

1: Prehidrotratamiento para retirar azufre y nitrgeno. 2: Hidroisomerizacin en dos etapas para transformar n-parafinas en iso parafinas (cat. cidos; AlCl3)

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

Propiedades de bases lubricantes de los grupos I a III

Base grupo I Base grupo II Base grupo III

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


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

- Menor Tf (aptas a menores temperaturas de operacin). - Mayor estabilidad a la oxidacin (temperatura de trabajo ms alta). - Mayor ndice de viscosidad (rango de operacin ms amplio y menor dosis de aditivo) - Menor volatilidad (menor consumo de aceite) - Mejor lubricidad (menor grado viscosmetro) - Biodegradabilidad (mejor comportamiento ambiental) - Baja toxicidad - Combustin limpia - Resistencia al fuego (aplicaciones especiales hidrulica)

Las bases sintticas se clasifican en tres grandes grupos: 6.1.- Esteres sintticos Diesteres

(CH2)3H3C CH

CH3

CH2 O C (CH2)n

O

C

O

O CH2 CH (CH2)3CH3

CH3 n=8 (ac. sebcico)n=4 (ac. adpico)

Ftalatos:

O

O

CH2 CH (CH2)3-CH3

CH3O

O

CH2 CH

CH3

(CH2)3-CH3

Trimelitatos (esteres de cidos tribsicos):

O

O

O

HOOC COOR

COOR

ROOC

Esteres de poliol:

H3C C

CH2OH

CH2OH

CH3

alcoholneopentlico

H3CH2C C

CH2OH

CH2OH

CH2OH

trimetiolpropano

HOH2C C

CH2OH

CH2OH

CH2OH

pentaeritritol

Lubricante

Ti

Tcomb

Tignicin Aceite mineral 105 115 245

Diester 230 260 410 Ester de poliol 260 290 500

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

Tinfl. Aceite mineral = 105 C


6.2.- Hidrocarburos sintticos

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

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

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

(CH2-CH)n

CH2CH3

(CH CH)n

CH3 CH3

CH3 C

CH3

CH3(CH2 C)n

CH3

CH3

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

CH CH2O H+

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OHCH3-CH-CH2OH

OH CH3 CH3

CH CH2O

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

OH CH3 CH3

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

OH CH3 CH3n

Copolmeros de xidos de etileno y xidos de propeno

CH CH2O H+

CH3-CH-CH2-O-CH-CH2OH

OHCH3-CH-CH2OH

OH CH3 CH3

CH2 CH2O

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

OH CH3

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

OH CH3

CH-CH2-O-CH2-CH2OH

CH3n

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

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


C C CC CH2-CH3OH

CH3

OH

CH3H2CH3C F

OF

F F

F F

F F

F

n

F F

F F

OH

n'

7.2.- Antioxidantes Ditiofosfatos de Zn:

PR1O

R2O

S

SZn

S

SP

OR1

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

OH

Me

C(Me)3(Me)3C

Esteres de azufre: utilizados en vehculos de gasolina

COOR[(Me)2CHCH2]nSy

Aminas aromticas: Ar2NH 7.3.- Inhibidores de la corrosin

CH3-(CH2)n-CH2-N H

H

H3

PO4-3

7.4.- Dispersantes-Detergentes

CHCH2RCHCHCO

CH2CON(CH2CH2NH)nCH2CH2NH2

R=C60-100 alquil

Tambin se emplean alquilbencenosulfonatos que neutralizan lo cidos de la combustin (efecto de limpieza). 7.5.- Mejoradores del ndice de viscosidad

CH2=C(CH3)-COOC12H25CH2=C(Me)2

COOC12H25

Me

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


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

RR

OH

R

RR

R

R = cadena alqulica larga 7.7.- Mejoradores de la lubricacin Aminas grasas y ditionato de Zn

( Viscosidad cinemtica5.- Bases minerales5.1.- Bases convencionales (grupo I)5.2.- Bases hidrocraqueadas (grupos II y III)6.- Bases sintticasDiesteres- Propiedades de Polialfaolefinas, PAO (%S=0)

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