ANALISIS DE CASO REAL DE TOMA DE MUESTRAS DE ACEITE PDF

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Es un caso real sobre una prueba de aceite
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COMPORTAMIENTO ANTIDESGASTE Y ANTICORROSIVO DEL ACEITE TURBOMAX 15W/40 EN ÓMNIBUS MERCEDES BENZ EN SANTIAGO DE CUBA Roger Matos Tamayo*, Irene T. Rodríguez Guerrero**, Arsenio Safonts González** *Universidad de Oriente, **Dirección Provincial de Transportes del Poder Popular

El presente trabajo está encaminado a valorar el desempeño del aceite de motor Turbomax 15W/ 40 en el parque de vehículos Mercedes-Benz, en explotación en el servicio de ómnibus urbanos de la Empresa Provincial de Transportes de la ciudad de Santiago de Cuba. Se estudió tres grupos de motores del grupo I, constituido por motores modelo ADE-366 con más de 150 000 km de explotación; el grupo II, constituido por motores modelo ADE-366 con menos de 50 000 km de explotación, y el grupo III, constituido por motores OM-366 con menos de 50 000 km de explotación. Se estableció los índices de desgaste, las velocidades de corrosión y los indicadores de economía energética en períodos de servicio del aceite de 10 000, 20 000 y 30 000 km para los motores del grupo I; en el caso de los motores del grupo II, sólo pudo establecerse para 10 000 km, y en el grupo III se estableció a 10 000 y 20 000 km; las limitaciones se fijaron debido a que los ómnibus no llegaron a recorrer mayores distancias en el tiempo en que se realizó este estudio. Por último, el aceite Turbomax 15W/40 mostró excelentes cualidades para este parque de vehículos en el rango de vida útil del motor. Palabras clave: corrosión, materiales, ómnibus, lubricantes de motores de ómnibus. _____________________

The purpose of this work is the evaluation of the lubricating motor oil Turbomax 15W/40 in the stock of Mercedes-Benz buses used in public transportation in Santiago de Cuba. These buses belong to Urban Buses Provincial Enterprise Transport of Santiago de Cuba. They were studied three groups of motors: group I, being constituted by motors model ADE-366 with more than 150 000 km run; group II, constituted by motors model ADE-366 with less than 50 000 km run, and group III, constituted by motors model OM-366 with less than 50 000 km run. They were established the abrasion indexes, the corrosion rates and the energetic economical indexes in oil service periods of 10 000, 20 000 and 30 000 km run for motors group I; motors group II were only established for 10 000 km run, and for motors group III were established for 10 000 and 20 000 km run; these limits were fixed because the buses only ran no more than these distances, during the time fixed for the experiences in which the experiments were made. The Turbomax 15W/ 40 oil showed excellent properties for this stock of buses in use for life range of the motor. Key words: corrosion, materials, buses, bus motor lubricants.

Introducción /1,2,3,4,5/ En 1966, una comisión de científicos británicos presidida por el Dr. H. Peter Jost /1/, agrupó el saber acumulado sobre la fricción, el desgaste, la lubricación y el diseño mecánico con sus aplicaciones tecnológicas, dentro del alcance de una nueva ciencia y técnica, que llamó Tribología. La palabra viene del griego "tribos", fricción y "logos", tratado. El estudio y la práctica de la Tribología se ha extendido por todo el mundo, y su definición más completa es la de la "ciencia y técnica de las superficies en movimiento relativo y en contacto mutuo".

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Un conjunto de elementos, con relaciones entre ellos, con propiedades que lo caracterizan como tal y con variables que pueden modificar estas propiedades, es un sistema u objeto que se aísla para ser estudiado. El ejemplo más sencillo para definir un sistema tribológico consiste en dos superficies sólidas enfrentadas entre sí y en movimiento relativo /2/. Un sistema tribológico simple o reducido a un simple par de fricción se denomina par tribológico. Se habla de sistema tribotécnico cuando se refiere a máquinas, dado que hay sistemas tribológicos naturales como son las articulaciones de los seres humanos o los animales. Entonces, todo sistema tribotécnico

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transmite movimiento, trabajo, calor o masa, pero ninguno posee un 100 % de eficiencia mecánica. Se estima que alrededor del 30 % de la energía generada en los países industrializados del mundo se consume en procesos de fricción. Para la aplicación correcta de la lubricación como solución al fenómeno de la fricción, es necesario conocer las variables que pueden afectar el sistema tribotécnico /3/. Un motor de combustión interna (MCI) es evidentemente una máquina compleja, pero aplicando los principios teóricos de la tribología a la práctica de la lubricación, resultan siempre los mismos parámetros para el sistema /2/: 1) llegada del lubricante y modo de lubricación; 2) estado superficial de los elementos de la máquina y 3) conducta de desgaste o velocidad de desgaste del sistema.

Objetivos del trabajo /6/

La práctica histórica en la ingeniería de la lubricación ha solucionado para los MCI Diesel el primer parámetro con la lubricación forzada y el empleo de los aceites multígrados del tipo 15W/40. Por tanto, para un tratamiento superficial y de acabado dados, el comportamiento del aceite, su rendimiento en la práctica, lo que le da la calidad diferente en la aplicación es la capacidad de su quimismo en modificar la conducta de desgaste del sistema implícito en el diseño del MCI, o sea, su capacidad antioxidante, antidesgaste, anticorrosiva y antiherrumbre. El transporte de servicio público de la ciudad de Santiago de Cuba es competencia de la Empresa Provincial de Transportes. En los últimos tres años, se ha manifestado una voluntad de servicio en satisfacer las necesidades de transportación de la población con la entrada en explotación de ómnibus con motores distintos de la prestigiosa firma Dainmler-Chrysler, todavía conocida en Cuba como Mercedes Benz (MB), provenientes de la filial brasileña del gigante alemán. Garantizar la mejor economía energética (consumo técnicamente adecuado de combustibles y lubricantes) y la mayor disponibilidad para el servicio (con la definición de los ciclos de vida de los diferentes motores) de los ómnibus en las condiciones de explotación de la topografía santiaguera.

Fundamentación teórica /7,8,9,10/

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Este trabajo tuvo un objetivo general encaminado a definir las economías energéticas diferentes para los distintos tipos de motores en explotación, en los ómnibus de transporte público de la ciudad, mediante el estudio de la variación de los indicadores seleccionados, las diferentes conductas de desgaste de estos motores y los siguientes objetivos particulares: 1. Estudiar las velocidades de desgaste de los materiales metálicos a través de los ensayos en las muestras de aceite en servicio (Turbomax 15/W40), de acuerdo con las recomendaciones de la ASTM /6/. 2. Determinar las velocidades de corrosión de los materiales metálicos en contacto con los aceites lubricantes utilizando el método gravimétrico.

Un lubricante es toda sustancia sólida, semisólida o líquida de origen animal, vegetal, mineral o sintético, que puede utilizarse para reducir la fricción o rozamiento entre piezas y mecanismos en movimiento, es decir, para evitar la fricción y el desgaste. Los aceites lubricantes contemporáneos son dispersiones de compuestos químicos en un medio denominado aceite base, designándose estos compuestos químicos como aditivos. La utilización de los lubricantes se remonta a los tiempos prehistóricos y se tiene referencias de su uso desde 3800 años antes de nuestra era. Los lubricantes pueden abarcar una amplia gama de materiales, en dependencia con el aceite base y los aditivos. Según la naturaleza del aceite básico, los lubricantes se clasifican en orgánicos, minerales y sintéticos, pudiendo añadirse a estas bases los aditivos necesarios para mejorar sus propiedades. Según el estado físico los lubricantes pueden ser líquidos (aceites lubricantes), lubricantes semisólidos (base + aditivo + espesante) y lubricantes sólidos, tales como el grafito o el bisulfuro de molibdeno. Los lubricantes más utilizados son los minerales, y cuando las bases se obtienen a partir del petróleo se clasifican de la forma siguiente:

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1) aceites de base parafínica, 2) aceites de base nafténica y 3) aceites de base aromática. En la

tabla 1 aparecen los índices establecidos para los aceites básicos refinados.

Tabla 1 Datos medios típicos para los tres tipos de fracciones del lubricante ya refinado Indices

Base parafínica

Base nafténica

Base aromática

Densidad (g/cm )

0,88 a 0,89

0,90

0,93

Punto de congelación (ºC)

-15

-25

-40

3

Punto de inflamación (ºC)

alto

medio

bajo

Punto anilina (ºC)

80 a 95

60 a 80

50

Resistencia a la oxidación

retardada

media

baja

Poder solvente

bajo

medio

bajo

Los aditivos que se añaden a los lubricantes son compuestos químicos que se les adicionan para mejorar sus propiedades naturales y/o conferirles otras que no poseen. Los aditivos se agregan fundamentalmente a los aceites, aunque también se les añaden a las grasas. Los aditivos son compuestos químicos complejos y su "respuesta" depende de muchos factores: composición química y cantidad del aditivo, naturaleza del aceite, características de la máquina, condiciones de servicio, etcétera. Por otra parte, los aditivos suelen ser sumamente costosos. La selección de un lubricante adecuado para una situación de trabajo dada depende de muchos factores, por ejemplo el índice de viscosidad necesario para un buen servicio a la temperatura del sistema por lubricar (reología del lubricante a la temperatura del sistema) y la estabilidad a la oxidación que involucra su comportamiento antioxidante y antidesgaste, antiherrumbre y anticorrosivo; comportamiento que es variable con el tiempo de servicio, pues conlleva al agotamiento de los aditivos, constituyendo la dinámica del lubricante en las condiciones del sistema. Existen otros factores más por analizar, que no se discutirá en esta br e ve intr oduc c ión te ór ic a . L os a c e ite s

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lubricantes suelen ser moderadamente alcalinos, pero con el uso continuado, su pH va disminuyendo y puede llegar a ser moderadamente ácido al cabo de un tiempo de servicio prolongado, aumentando su poder corrosivo, el que también depende de la naturaleza del aceite base y los compuestos, sobre todo del azufre que pueda tener en su composición.

Metodología experimental /1, 2, 3, 5, 8, 13, 14, 15/ Sobre la base de los resultados obtenidos en un primer trabajo de diploma /13/ sobre el tema de las velocidades de desgaste medidas a través de los indicadores de Fe y Cu, de acuerdo con las recomendaciones de la ASTM /6/, realizado con el apoyo y la asesoría de Castrol Cuba S.A, se planificó las muestras teniendo en cuenta las siguientes variables por considerar para el estudio de las velocidades de desgaste y de corrosión: - Incidencia del medio ambiente a través del contenido de sílice, según las recomendaciones de la ASTM /6/. - Respuesta del motor a la topografía del recorrido, o sea, evaluar si la potencia del motor es suficiente para garantizar, frente a las

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condiciones de explotación en cuanto a carga de pasajeros y topografía del recorrido, un ciclo de vida adecuado. Se determinó entonces como indicadores de la velocidad de desgaste y de la economía energética en los motores Mercedes Benz estudiados, los contenidos de Fe y Cu por litro de aceite, por cambio, por relleno y total; determinándose finalmente el índice de consumo específico total en L aceite/total de L de combustible, expresado en %. El valor de este indicador para los motores estudiados debe tener un valor máximo de 1,0 %, incluyendo tanto los motores nuevos como los viejos. Los datos se distribuyen en tres grupos: por tipo de motor, ADE-366 nuevo y OM-366 nuevo, mientras que desde el punto de vista de los fenómenos objeto de estudio, en los grupos A (grupo I) y B (grupos II y III), con cuatro ómnibus en cada uno de estos últimos grupos, y 12 muestras para cada grupo A ó B, 24 en total, a los efectos de reportar en cada grupo los valores promedio de los resultados experimentales obtenidos para cada uno de los 4 ómnibus de cada grupo. Con el objetivo de poder caracterizar el comportamiento desde que comienza su explotación hasta el momento que le corresponde el cambio (30 000 km), se decidió efectuar la toma de las muestras a los siguientes kilometrajes: 10 000, 20 000 y 30 000 km. El recorrido diario promedio de los ómnibus fue de 150 km, el promedio de horas en servicio fue de 10 h, y la velocidad promedio en servicio de 45 km/h. Los metales de desgaste se determinaron de acuerdo con las recomendaciones para la determinación de metales de desgaste en aceites de servicio o residuales por el método de dilución ácida (ADM), según los trabajos de Ra mír e z Este va y c ola bor a dor e s /13/ y Kauffman y colaboradores /15/. Los ensayos se realizaron con el apoyo económico de la firma Castrol Cuba S.A, en el Laboratorio de Geología "Elio Trincado" de Santiago de Cuba.

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La metodología para el ADM implica la mineralización previa de la muestra, o sea, su oxidación a cenizas sulfatadas, y a este residuo de cenizas se le aplica entonces el ADM. La literatura reporta repetibilidades de 0,35 ppm para el hierro y 0,25 para el cobre /13/. En general, todos los metales de desgaste determinados por el ADM tienen repetibilidades del orden de 0,5 ppm, debiendo reportarse los valores con una sola cifra decimal significativa. Como ya se ha dicho, los ensayos de corrosión se determinaron por el método gravimétrico y para 5 materiales metálicos: cobre, hierro fundido base perlita, aleación de aluminio, acero al carbono grado 45 y metal Babbit. Se siguió la metodología prescripta por las normas internacionales para la preparación de las muestras antes y después de los ensayos, y los experimentos se realizaron a una temperatura promedio de alrededor de 140 °C, temperatura algo superior a la que alcanzan los lubricantes en servicio, con el fin de tener un factor de seguridad, ya que la influencia de los efectos mecánicos se hace muy difícil de determinar, debido a las velocidades de desgaste, que dan la influencia combinada de los factores corrosivos y mecánicos, se reporta en ppm y la geometría de los componentes del motor que entran en contacto con los lubricantes es bastante complicada, y no resulta fácil convertir las ppm en las unidades de velocidad de corrosión reportadas (mm/año).

Resultados experimentales En las tablas 2-9 aparecen los resultados obtenidos en los diferentes experimentos realizados. En el caso de las velocidades de corrosión, los análisis se realizaron en los laboratorios de Corrosión de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Oriente. Los análisis de las velocidades de desgaste se realizaron en el Centro de Geología de la ciudad de Santiago de Cuba.

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Tabla 2 Resultados de la velocidad de desgaste y portadores energéticos Indicadores de la velocidad de desgaste (Tendencia en la variación del contenido de hierro y cobre) y de la economía energética en motores Mercedes Benz del serviciop úblico de ómnibus de Santiago de Cuba en tres grupos de valores: Grupo (I) > 150 000 km de explotación, motor ADE-366; Grupo (II) < 50 000 km, motor ADE-366; Grupo (III) < 50 000 km, motor OM-366 Consumo Aceite Indicadores Fe, mg/kg Cu, mg/kg Si, mg/kg Combustible Aceite total específico relleno consumido (ppm) (ppm) (ppm) Diesel de aceite L L consumido Muestras % (L/100 km) Grupo I 54,0 14,3 8,0 44,95 25,0 7,0 0,60 Motor ADE366 (viejo) 10 000 km Grupo I 58,2 18,0 8,2 45,0 33,0 15,0 0,40 Motor ADE366 (viejo) 20 000 km Grupo I 105,4 38,2 8,6 43,80 38,0 20,0 0,30 Motor ADE366 (viejo) 30 000 km Grupo II 49,0 13,0 7,6 39,75 24,0 6,0 0,60 Motor ADE366 (nuevo) 10 000 km Grupo III 44,0 8,0 7,5 35,05 22,5 4,5 0,60 Motor OM366 (nuevo) 10 000 km Grupo III 49,0 11,0 7,6 37,08 25,0 7,0 0,30 Motor OM366 (nuevo) 20 000 km Parámetros 0,5-1% condenatorios...