CLASE 8
Entendiendo la
Importancia de
los Aditivos y
como
Monitorearlos
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CLASE 8 – ENTENDIENDO LA IMPORTANCIA DE LOS
ADITIVOS Y CÓMO MONITOREARLOS
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1.- El participante describirá la importancia de los aditivos en el desempeño
del lubricante.
2.- El participante justificará el uso del análisis de lubricante para el
monitoreo de la presencia y desempeño de los aditivos en el lubricante en
uso.
3.- El participante usará los principios de la conservación de la materia para
distinguir la conversión de las sustancias de los aditivos en datos que
ayudan a identificar cambios en el desempeño de los lubricantes o mezclas
indeseables.
TEMA 1 – Funciones de los aditivos
Desarrollo
Los aditivos son compuestos químicos que pueden ir disueltos o
suspendidos en la base lubricante para complementar sus propiedades
y le otorgan al lubricante su funcionalidad completa de acuerdo a su
aplicación. La cantidad de aditivos en un lubricante varía de acuerdo a
su aplicación y el tipo de básico utilizado y puede ser entre 0.2 y el 30%.
En algunos lubricantes el costo del aditivo puede ser el mayor elemento
de su precio. Algunos aditivos imparten propiedades nuevas al básico,
mientras que otros le mejoran o eliminan propiedades. Los lubricantes
fueron introducidos a los lubricantes en los años 1920 y desde entonces
su uso y desempeño se ha desarrollado de manera muy importante.
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El crítico rol de los aditivos en la lubricación
Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.
Publicado en la revista MachineryLubrication (6/2012)
Los profesionales de la lubricación frecuentemente están familiarizados con
la viscosidad del aceite básico de sus lubricantes. Después de todo, esa es
la propiedad más importante de un lubricante. Se establecen las líneas de
base y se monitorea la salud del lubricante basándose sólo en la viscosidad.
Sin embargo, en el lubricante hay algo más, aparte de la viscosidad. Es muy
importante entender el rol de los aditivos y sus funciones dentro del
lubricante.
Los aditivos son compuestos orgánicos e inorgánicos, disueltos o
suspendidos como sólidos en el lubricante. Típicamente fluctúan entre 0.1%
a 30% del volumen total de lubricante, dependiendo de la aplicación que se
le dará en la máquina.
Los aditivos tienen tres roles fundamentales:
Mejorar propiedades existentes en el aceite básico con el uso de
antioxidantes, inhibidores de corrosión, antiespumantes y
demulsificantes.
Suprimir propiedades indeseables del aceite básico con los
depresores de punto de fluidez y los mejoradores del índice de
viscosidad (MIV).
Impartir nuevas propiedades al aceite básico con los aditivos
extrema presión (EP), detergentes, deactivadores de metal y
agentes de adhesividad.
Aditivos polares
La polaridad de los aditivos se define como la atracción direccional natural
de las moléculas de los aditivos hacia otros materiales polares en contacto
con el aceite. En términos simples, es algo que el agua disuelve o que se
disuelve en agua. Una esponja, una superficie metálica, la tierra, agua y
pulpa de madera, son todas sustancias polares. Entre algunas cosas que no
son polares están las ceras, repelentes de agua y la espalda de los patos.
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Es importante tomar en cuenta que los aditivos también se sacrifican. Una
vez que se han ido, no hay retorno. Piense en el ambiente en el que usted
trabaja, los productos que fabrica y los tipos de contaminantes que lo rodean
diariamente. Si usted permite que a su sistema ingresen contaminantes que
atraen a sus aditivos, como la tierra, silicio, y agua, los aditivos se pegarán
a ellos y se asentarán en el fondo o serán arrastrados hacia un filtro que los
removerá y los agotará.
Mecanismos polares
Hay algunos mecanismos polares, como el de envolver partículas, el de
emulsionar el agua o el de recubrir las superficies metálicas, los cuales
merecen ser discutidos.
Envolver partículas significa que los aditivos se pegarán a la superficie y la
envolverán. Esos aditivos son los deactivadores de metal y los
detergentes/dispersantes. Estos últimos se emplean para dispersar las
partículas de hollín a fin de evitar que se aglomeren, se asienten y se
depositen en las superficies, especialmente en temperaturas bajas y
moderadas. Generalmente verá estos aditivos en los aceite para motores de
combustión interna. Le ofrecen una buena razón para reparar y eliminar
cualquier problema relacionado con el motor tan pronto como se detecte por
medio del conjunto apropiado de ensayos de análisis de aceite.
Demasiado bueno
Cuando utiliza aditivos, más no significa que sea mejor. Cuando se añaden más aditivos
al aceite, en ocasiones no se gana ningún beneficio, y a veces el desempeño en realidad
se deteriora. En otros casos, el desempeño del aditivo no mejora, pero sí la duración del
servicio. Además, al incrementar el porcentaje de un cierto aditivo podría mejorar una
propiedad del aceite, a la vez que se degrada otra. Cuando se desbalancea la
concentración de aditivos, se afecta la calidad integral del aceite. Algunos aditivos
compiten con otros por el mismo espacio en la superficie metálica. Si se agrega una
elevada concentración de agentes antidesgaste, el inhibidor de corrosión podría ser
menos efectivo. El resultado puede ser un aumento en problemas relacionados con
corrosión.
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La formación de emulsiones con agua ocurre cuando la cabeza polar del
aditivo se adhiere a las gotas microscópicas de humedad. Esos tipos de
aditivos son los agentes emulsificantes. Tome esto en cuenta la siguiente vez
que observe agua en un tanque. Si bien es importante remover el agua,
determine por dónde ingresó al sistema y repárelo aplicando el enfoque de
mantenimiento de análisis de causa raíz de falla. También tenga en mente
que el paquete de aditivos se ha afectado. En términos de lubricación, esto
se conoce como agotamiento de aditivos. Un reporte apropiado de análisis
de aceite puede determinar la salud de los aditivos remanentes en el
lubricante.
El mecanismo de recubrimiento de las superficies se presenta cuando los
aditivos se anclan a las superficies metálicas, que es la forma en que se
supone deben trabajar. Se adhieren al interior del alojamiento de los
engranajes, a los dientes de los engranes, rodamientos, ejes, etc. Los aditivos
que efectúan esta función son los inhibidores de herrumbre, antidesgaste
(AW), extrema presión (EP), agentes de aceitosidad e inhibidores de
corrosión.
Los aditivos antidesgaste trabajan específicamente para proteger las
superficies durante condiciones de película límite. Conforman una película
dúctil, tipo ceniza, a temperaturas entre moderadas y altas (de 65°C a
110°C). Bajo estas condiciones límite, la película AW es quien sufre el daño,
en lugar de la superficie metálica.
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Un aditivo antidesgaste común es el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP).
Reduce el riesgo de contacto metal-metal, lo que podría conducir a un
aumento de temperatura, provocar oxidación y afectar negativamente la
resistencia de la película.
Ya sea que mejoren, supriman o impartan nuevas propiedades al aceite
base, los aditivos juegan un rol importante en la lubricación de maquinaria.
Recuerde, cuando los aditivos se acaban, no vuelven, así que no olvide
revisar su paquete de aditivos.
63%
de los profesionales de la lubricación monitorean la
salud de los aditivos como parte de su programa de análisis de aceite, según una reciente encuesta efectuada en machinerylubrication.com
Ejemplo
Las propiedades del básico lubricante no siempre son suficientes para
cumplir con los requerimientos de la máquina y es por ello que deben ser
complementadas con los aditivos. Por ejemplo; en el lubricante de motores
de combustión interna se requiere que los productos de la combustión sean
mantenidos en suspensión. Si no se hace, se aglomeran y forman
compuestos abrasivos que incrementan la viscosidad del lubricante y
provocan desgaste. Para ello se adiciona un aditivo "dispersante" que por
sus propiedades de polaridad se pega a las partículas de hollín y las
mantiene separadas (dispersas). Esta propiedad no la tienen los básicos.
“En general, los lubricantes con básicos de baja
calidad necesitan mejores aditivos, y
posiblemente en cantidades más grandes, que los
lubricantes hechos con básicos de buena calidad.
Del mismo modo, las aplicaciones que exigen
más al lubricante (aceites de motor y aceites
para engranajes) requieren aditivos superiores
que en aplicaciones menos exigentes, tales como
lubricantes industriales y fluidos
metalmecánicos”.
Syed Q.A. Rizvi
Frase
Célebre
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Resumen
Los lubricantes dependen de los aditivos para mejorar las propiedades
del básico y complementar los requerimientos de la maquinaria.
Existen aditivos que ayudan a mejorar las propiedades del básico y
algunos que funcionan directamente en las superficies de la máquina.
Conocer las funciones del aditivo permite comprender la manera en
que se desempeña en el lubricante. La primera categoría del análisis
de lubricante se enfoca en el monitoreo de los aditivos para determinar
la salud del lubricante.
Muchos de los aditivos trabajan bajo el
principio de polaridad. Esto significa que
las moléculas del aditivo serán atraídas por
elementos polares (superficies, agua,
partículas y rebabas). Mientras más
contaminado esté el lubricante y mientras
más partículas polares se encuentren en él,
más rápido se agotarán los aditivos. Por
ello un aceite "Limpio, Seco y Fresco"
también ayuda a que el lubricante pueda
trabajar más tiempo en la máquina.
Reflexiona
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Ejercicio
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PUEDAS REALIZAR LA ACTIVIDAD DE LA CLASE
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TEMA 2 – Tipos de aditivos
Desarrollo
Los aditivos se clasifican en dos grupos principales: Los que trabajan
para mejorar las propiedades del lubricante y los que trabajan
activamente en la superficie de la máquina. Entre los aditivos que
mejoran al lubricante podemos mencionar a los antioxidantes,
depresores del punto de fluidez, mejoradores del índice de viscosidad,
antiespumantes, demulsificantes, detergentes y dispersantes. Los
aditivos anti desgaste, presión extrema, inhibidores de herrumbre y
corrosión y modificadores de fricción se encuentran en el lubricante
pero interactúan directamente con las superficies de trabajo.
¿Sabías que los aditivos son compuestos
orgánicos e inorgánicos, disueltos o
suspendidos, que se agregan a los básicos
para mejorar sus propiedades de
desempeño?
¿Sabías qué?
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Formato
Descarga tu formato, Tabla informativa que muestra los Aditivos, sus compuestos comunes y la forma en que trabajan.
Resumen
Los aditivos activos en el lubricante tienen la función de ayudarle a
mantener sus propiedades y aumentar su vida útil, protegerlo de
algunos contaminantes como el agua y el aire; mientras que los
aditivos activos en la superficie de la máquina tienen la función de
protección al componente del desgaste y protegerlo de algunos
contaminantes como el agua y los ácidos.
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TEMA 3 – Principio de polaridad
Desarrollo
Los aditivos que son activos en las superficies trabajan bajo el
principio de polaridad para fijarse a la superficie de la máquina o a
los contaminantes. La polaridad es la característica de una molécula
donde las cargas negativas y positivas están concentradas unas en
oposición a las otras, en las dos extremidades de la molécula. La
polaridad (o no polaridad) de una molécula influye sobre sus
características, por ejemplo, los aditivos polares son fácilmente
atraídos por otros compuestos polares como las superficies metálicas
y el agua y no por compuestos apolares.
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Resumen
Muchos de los aditivos trabajan bajo el principio de polaridad para
fijarse en las superficies de la máquina o para aislar contaminantes.
Los aditivos anti desgaste, extrema presión, detergentes,
dispersantes, inhibidores de corrosión y herrumbre, emulsificantes y
modificadores de fricción trabajan bajo el principio de polaridad.
TEMA 4 – La importancia del monitoreo de los aditivos
Desarrollo
Si conocemos la naturaleza química del aditivo y la función que
desempeña en el lubricante, podremos monitorearlo. Desde la
perspectiva de la salud del lubricante, la conservación de los aditivos
determina su posibilidad de mantenerse en operación y además
permite detectar cambios en la formulación, mezcla de lubricantes de
otros tipos o marcas y el uso de un lubricante incorrecto en la
máquina.
Los aditivos mejoran algunas propiedades
del básico, suprimen propiedades
indeseables y añaden propiedades que los
básicos no tienen.
Reflexiona
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Ejemplo
La manera en que trabajan los aditivos es "sacrificial", lo que significa que
cuando el aditivo trabaja, por lo general se degrada y se pierde. Los aditivos
anti-desgaste se fijan por polaridad a la superficie de la máquina y cuando
son requeridos, reaccionan formando un compuesto químico con la
superficie metálica. El lubricante entonces aporta nuevamente aditivos anti-
desgaste que se fijarán a la superficie de la máquina para protegerla en caso
de ser requerido. La cantidad de aditivos en el lubricante es limitada y es
por ello que deben ser renovados al perderse los aditivos y sus funciones.
Resumen
Una de las tareas básicas del monitoreo del lubricante, es identificar
su estado y capacidad para seguir operando en la máquina. Con el
monitoreo de la presencia y condición de los aditivos es posible
conocer el estado del lubricante, su tendencia de degradación y
estimar el momento óptimo para programar su reemplazo.
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TEMA 5 – La ley de conservación de la materia aplicada al
análisis de lubricante
Desarrollo
Los compuestos químicos de los aditivos reaccionan con las
superficies, los contaminantes y con el lubricante mismo para formar
otros compuestos. Es decir, los elementos atómicos que conforman
los aditivos se mantienen, pero su composición cambia formando
otras moléculas como resultado de la reacción química. En términos
prácticos, los aditivos dejan de funcionar, pero los elementos atómicos
que los componen permanecen en el lubricante y cuando se aplica la
espectroscopía de emisión atómica, pareciera que los aditivos aún
están presentes en ppm.
“En una reacción química ordinaria la masa
permanece constante, es decir, la masa
consumida de los reactivos es igual a la
masa obtenida de los productos”.
Antoine-Laurent de Lavoisier
Frase
Célebre
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Este artículo trata de los muchos y extraños efectos que tiene la temperatura sobre el estado de los lubricantes, su condición y desempeño. La idea es resultado de la ingeniosa analogía con un huevo que escuché en una
conferencia de la ASTM hace algunos años atrás. Es más o menos así:
Ponga un huevo en el refrigerador y se mantendrá sin cambios. Póngalo en agua muy caliente y tendrá un huevo duro cocido. Déjelo en un cuarto a temperatura ambiente y tendrá un huevo podrido. Colóquelo debajo de una gallina y obtendrá un pollito.
Como muchas cosas en la vida, tratándose de la temperatura del lubricante, se necesita control y moderación. En otras palabras, puede esperar que se
presenten algunos problemas si es muy baja o muy alta. Encuentre la temperatura óptima y el desempeño y la vida en servicio de su lubricante puede multiplicarse. Por supuesto, todo esto es muy fácil de decir, pero en
la práctica puede ser muy difícil hacerlo.
¿En Dónde Está mi Abrigo?
En esas frías mañanas, me gusta ponerme mi abrigo, que siempre
guardo en una gaveta cercana a mi escritorio. Es todo lo que necesito para escapar del ambiente polar que
parece atravesar las paredes de mi oficina.
Las bajas temperaturas pueden afectar a nuestros lubricantes. A diferencia de la comida, o nuestro
huevo, que parecen beneficiarse de las bajas temperaturas, los lubricantes pueden degradarse
químicamente, separarse en fases y mostrar alteraciones físicas.
Los Efectos de la Temperatura en los Lubricantes ¿Por qué el aceite es como un huevo?
Traducción por Roberto Trujillo, Noria Latin America. Jim Fitch, Noria Corporation.
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Déjeme darle unos cuantos ejemplos de las consecuencias de los lubricantes fríos:
Los lubricantes mezclados pueden comenzar a separarse en fases.
Los básicos parafínicos pueden liberar ceras y formar geles.
Ciertos aditivos pueden volverse insoluble, resultando en
asentamiento, floculación y formación de depósitos (como aros alrededor de los tanques).
El agua disuelta puede pasar a agua emulsificada (más peligrosa) y
puede impedir que el agua libre se asiente.
Muchos aditivos que dependen de reacciones químicas termo-
inducidas no reaccionan (muchos aditivos EP y AW, por ejemplo).
El aceite puede volverse demasiado viscoso para circular y la grasa demasiado dura para bombearla.
Los contaminantes pueden evadir los filtros ya que el aceite frío tan grueso abre las válvulas de alivio.
Los motores de combustión interna no arrancarán y las partes móviles
de otras máquinas con frecuencia dejarán de trabajar.
Ni al Aceite ni al Vino les Agrada que el Mercurio Suba
El aceite caliente tiene la mayor presión, hasta en esta publicación. Después
de todo, el aceite no es como algunos vinos finos, que se vuelen mejores con el tiempo. De hecho, hasta el excelente Boudreaux sufrirá si se expone a temperaturas muy altas. Por ejemplo, la mayoría de los vinos envejecerán
casi dos veces más rápido a 25°C que a 13°C, lo cual, por supuesto, es por lo que los conocedores y coleccionistas prefieren la temperatura de las
bodegas para almacenar sus productos líquidos.
En 1903, Svante Arrhenius ganó un Premio Nobel cuando descubrió la relación que existe entre la temperatura y la mayoría de las tasas de reacción química. Con frecuencia llamada la Regla de la Tasa de Arrhenius, trata del
hecho de que los lubricantes, una vez que han excedido su temperatura base de activación, se degradarán (oxidarán) dos veces más rápido por cada 10°C (18°F) de incremento en su temperatura. De hecho, hay varios
problemas asociados con el exceso de calor.
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Comencemos con otra lista de las consecuencias de la elevada temperatura:
Descomposición del aceite base y aditivos (Arrhenius).
Algunos aditivos volatilizarán y escaparán hacia la atmósfera. Los mejoradores de IV se romperán con mayor rapidez. Los contaminantes microbiales prefieren las temperaturas cálidas
(pero no hirvientes). El calor rompe la película de aceite, causando condiciones
aceleradas de pulido y abrasion.
El aceite caliente acorta la vida de los filtros y sellos y acelera la corrosión.
Tanto el aceite como la grasa caliente son más propensos a fugar. La grasa se separa más rápidamente (el aceite del espesante) a
elevadas temperaturas.
La elevada temperatura de las superficies puede formar resinas y gomas carbonosas.
Tomándole la Temperatura a su Aceite
La tabla siguiente ilustra el uso de las cartas térmicas de lubricación. Estas pueden designarse fácilmente con software disponible en la mayoría de las computadoras actuales. Pueden imprimirse y laminarse para colocarla en
aquellas máquinas que están expuestas a cambios dinámicos de temperatura.
Por supuesto, la temperatura juega un rol vital en el monitoreo de condición
de las máquinas, razón por la que en la mayoría de las cajas de herramientas de mantenimiento predictivo (PdM) encontramos pistolas de medición de temperatura. De la misma manera en que los humanos necesitamos
tomarnos la temperatura para saber si tenemos fiebre, la mayoría de los problemas con lubricación, fricción y desgaste tendrán un perfil o firma de
temperatura. Así que, en ese sentido, es bueno un cambio en la temperatura.
Cuando se analiza conjuntamente, el tema integral de temperatura definitivamente no es una trivialidad… así que mantengamos a la mano
nuestros termómetros.
Desarrolle Cartas Térmicas de Lubricación (CTL) para las máquinas críticas.
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Desarrolle cartas térmicas de lubricación (CTL) para equipo crítico. Defina puntos de temperatura A hasta F para ubicaciones específicas
de la máquina a monitorear (por ejemplo, la línea de abasto line). El rango de temperatura normal (Zona 3) está delimitado por los
puntos C y D. Los valores de temperatura por debajo de C son controlados por un calentador y alarmas. Las temperaturas arriba de D son controladas por enfriadores y alarmas.
La operación sostenida en las Zonas 2 y/o 4 reducen la vida en servicio de la máquina y/o del lubricante. Por ejemplo, operar en la
Zona 2 puede retardar el flujo del lubricante a los rodamientos, incrementar el consumo de energía e incrementar la tendencia a la formación de espuma. La operación en la Zona 4 puede acelerar la
oxidación del aceite, reducir la resistencia de la película e incrementar el desgaste asociado con las partículas.
La operación en las Zonas 1 y 5 comprometen la confiabilidad de la
máquina. Los puntos de temperatura A y F son extremos de muerte súbita. La Zona 1 es una condición típica de falta de lubricación
mientras que la Zona 5 está asociada con riesgo de incendio, degradación del aceite por falla térmica oxidativa, agotamiento de aditivos, volatilización y condiciones elevadas de fricción/desgaste.
El uso de lubricantes con alto IV ayuda a disminuir los puntos de temperatura A hasta C. El uso de lubricantes sintéticos con
formulación Premium y alto IV ayuda a ampliar los puntos de temperatura D hasta F.
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Resumen
Entender las reacciones químicas y la transformación de los aditivos,
nos permite establecer un mejor diagnóstico y pronóstico al
monitorear la salud del lubricante. El análisis de lubricante debe estar
diseñado para identificar al aditivo en forma molecular o mediante el
cumplimiento de su función.
En una reacción química ordinaria la masa
permanece constante, es decir, la masa
consumida de los reactivos es igual a la
masa obtenida de los productos.
Reflexiona
¿Sabías que cuando estableció la "Ley de
conservación de la materia", Lavoisier
trabajaba en un ensayo sobre la mejora del
alumbrado público de París?
¿Sabías qué?
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Palabras Clave
Polaridad: Característica de una molécula donde las cargas negativas y positivas están
concentradas unas en oposición a las otras, en las dos extremidades de la molécula. Las moléculas polares son atraídas por moléculas polares.
Aditivo: Un compuesto químico que puede estar disuelto o suspendido en el
lubricante y que se utiliza para mejorar las propiedades del básico, controlar propiedades del básico no deseables o impartirle al lubricante propiedades que el básico no tiene.
Ley de la Conservación de la Materia: En una reacción química ordinaria la masa permanece constante, es decir,
la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos.
LINGOTE DE ORO
1. Los aditivos complementan las propiedades de los básicos lubricantes, proporcionan funciones adicionales y
trabajan para controlar propiedades indeseables.
2. Identificar el mecanismo de funcionamiento de los aditivos, los
elementos químicos que lo componen y la manera en que éstos reaccionan o se
pierden, permite al especialista monitorear su salud y el desempeño del
lubricante para determinar el momento correcto de reemplazarlo o identificar
efectos por la contaminación.
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