Aceite lubricante

Antecedentes

Desde la época romana, muchos líquidos, incluida el agua, se han utilizado como lubricantes para minimizar la fricción, el calor y el desgaste entre las piezas mecánicas en contacto entre sí. Hoy en día, el aceite lubricante, o aceite lubricante, es el lubricante más utilizado debido a su amplia gama de aplicaciones posibles. Las dos categorías básicas de aceite lubricante son mineral y sintético. Los aceites minerales se refinan a partir de petróleo natural o crudo. Los aceites sintéticos son polialfaolefinas fabricadas, que son poliglicoles o ésteres a base de hidrocarburos.

Aunque hay muchos tipos de aceites lubricantes para elegir, los aceites minerales son los más utilizados porque el suministro de petróleo crudo los ha hecho económicos; además, ya existe una gran cantidad de datos sobre sus propiedades y uso. Otra ventaja de los aceites lubricantes a base de minerales es que se pueden producir en una amplia gama de viscosidades (la viscosidad se refiere a la resistencia de la sustancia al flujo) para diversas aplicaciones. Van desde aceites de baja viscosidad, que consisten en cadenas de hidrógeno-carbono con pesos moleculares de alrededor de 200 unidades de masa atómica (uma), hasta lubricantes muy viscosos con pesos moleculares de hasta 1000 uma. Los aceites a base de minerales con diferentes viscosidades incluso se pueden mezclar para mejorar su rendimiento en una aplicación determinada. El aceite de motor común 1OW-30, por ejemplo, es una mezcla de aceite de baja viscosidad (para un arranque fácil a bajas temperaturas) y aceite muy viscoso (para una mejor protección del motor a temperaturas normales de funcionamiento).

Usados ​​por primera vez en la industria aeroespacial, los lubricantes sintéticos generalmente se formulan para una aplicación específica para la cual los aceites minerales no son adecuados. Por ejemplo, los sintéticos se utilizan cuando se encuentran temperaturas de funcionamiento extremadamente altas o cuando el aceite lubricante debe ser resistente al fuego. Este artículo se centrará en el aceite lubricante a base de minerales.

Materias primas

Los aceites lubricantes son solo una de las muchas fracciones o componentes que pueden derivarse del petróleo crudo, que emerge de un pozo de petróleo como una mezcla líquida inflamable de color amarillo a negro de miles de hidrocarburos (compuestos orgánicos que contienen solo carbono e hidrógeno). átomos, estos se encuentran en todos los combustibles fósiles). Los depósitos de petróleo se formaron por la descomposición de diminutas plantas y animales que vivieron hace unos 400 millones de años. Debido a los cambios climáticos y geográficos que ocurrieron en ese momento de la historia de la Tierra, la descomposición de estos organismos varió de una región a otra.

Debido a las diferentes velocidades a las que se descompone el material orgánico en varios lugares, la naturaleza y el porcentaje de los hidrocarburos resultantes varían ampliamente. En consecuencia, también lo hacen las características físicas y químicas de los crudos extraídos de diferentes sitios. Por ejemplo, mientras que el crudo de California tiene un peso específico de 0,92 gramos / mililitro, el crudo más ligero de Pennsylvania tiene un peso específico de 0,81 gramos / mililitro. (Gravedad específica, que se refiere a la relación entre el peso de una sustancia y el de un volumen igual de agua, es un aspecto importante del petróleo crudo.) En general, la gravedad específica de los crudos varía entre 0,80 y 0,97 gramos / mililitro.

Dependiendo de la aplicación, los productos químicos llamados aditivos se pueden mezclar con el El aceite lubricante se refina a partir de petróleo crudo. Después de someterse a un proceso de depuración de sedimentación fría, el crudo se calienta en enormes torres de fraccionamiento. Los diversos vapores, que se pueden utilizar para fabricar combustible, ceras o propano, entre otras sustancias, hierven y se recogen en diferentes puntos de la torre. El aceite lubricante que se recolecta se filtra y luego se mezclan los aditivos con el aceite refinado para darle las propiedades físicas deseadas. Los aditivos comunes incluyen metales como el plomo o el sulfuro de metal, que mejoran la capacidad del aceite lubricante para evitar la irritación y el rayado cuando las superficies metálicas entran en contacto bajo presiones extremadamente altas. Los polímeros de alto peso molecular son otro aditivo común:mejoran la viscosidad, contrarrestando la tendencia de los aceites a diluirse a altas temperaturas. Las nitrosominas se emplean como antioxidantes e inhibidores de la corrosión porque neutralizan los ácidos y forman películas protectoras en las superficies metálicas.

El
proceso de fabricación

El aceite lubricante se extrae del petróleo crudo, que se somete a un proceso de purificación preliminar (sedimentación) antes de ser bombeado a torres de fraccionamiento. Una torre de fraccionamiento típica de alta eficiencia, de 25 a 35 pies (7,6 a 10,6 metros) de diámetro y hasta 400 pies (122 metros) de altura, está construida con aceros de alta calidad para resistir los compuestos corrosivos presentes en los petróleos crudos; en el interior, está equipado con una serie ascendente de bandejas colectoras de condensado. Dentro de una torre, los miles de hidrocarburos en el petróleo crudo se separan entre sí mediante un proceso llamado destilación fraccionada. A medida que los vapores se elevan a través de la torre, las diversas fracciones se enfrían, se condensan y vuelven a su forma líquida a diferentes velocidades determinadas por sus respectivos puntos de ebullición (cuanto más bajo es el punto de ebullición de la fracción, más alto se eleva antes de condensarse). El gas natural llega primero a su punto de ebullición, seguido de la gasolina, el queroseno, el aceite combustible, los lubricantes y los alquitranes.

Sedimentación

• 1 El petróleo crudo se transporta desde el pozo de petróleo hasta la refinería por oleoducto o barco cisterna. En la refinería, el petróleo se somete a sedimentación para eliminar el agua y los contaminantes sólidos, como arena y roca, que puedan estar suspendidos en él. Durante este proceso, el crudo se bombea a grandes tanques de almacenamiento, donde se permite que el agua y el aceite se separen y los contaminantes se depositen fuera del aceite.

Fraccionamiento

• 2 A continuación, el petróleo crudo se calienta a aproximadamente 700 grados Fahrenheit (371 grados Celsius). A esta temperatura, se descompone en una mezcla de vapor caliente y líquido que luego se bombea al fondo de la primera de las dos torres de fraccionamiento. Aquí, los vapores de hidrocarburos calientes flotan hacia arriba. A medida que se enfrían, se condensan y se recogen en distintas bandejas instaladas en distintos niveles de la torre. En esta torre, la presión atmosférica normal se mantiene continuamente y aproximadamente el 80 por ciento del petróleo crudo se vaporiza.
• 3 Luego, el 20 por ciento restante del aceite se recalienta y se bombea a una segunda torre, en la que la presión de vacío reduce el punto de ebullición del aceite residual para que se pueda vaporizar a una temperatura más baja. Los compuestos más pesados ​​con puntos de ebullición más altos, como el alquitrán y los compuestos inorgánicos, se quedan atrás para su posterior procesamiento.

Filtrado y extracción con disolventes

• 4 Después de un procesamiento adicional para eliminar los compuestos no deseados, el aceite lubricante que se ha recolectado en las dos torres de fraccionamiento se pasa a través de varios filtros ultrafinos, que eliminan las impurezas restantes. Los aromáticos, uno de esos contaminantes, contienen anillos de seis carbonos que afectarían la viscosidad del aceite lubricante si no se eliminaran en un proceso llamado extracción con solvente . La extracción con solvente es posible porque los aromáticos son más solubles en el solvente que la fracción de aceite lubricante. Cuando el aceite lubricante se trata con el disolvente, los aromáticos se disuelven; posteriormente, una vez eliminado el disolvente, se pueden recuperar los aromáticos.

Aditivos, inspección y envasado

• 5 Finalmente, el aceite se mezcla con aditivos para darle las propiedades físicas deseadas (como la capacidad de soportar bajas temperaturas). En este punto, el aceite lubricante se somete a una variedad de pruebas de control de calidad que evalúan su viscosidad, gravedad específica, color, destello y puntos de combustión. El aceite que cumple con los estándares de calidad se envasa para su venta y distribución.

Control de calidad

La mayoría de las aplicaciones de aceites lubricantes requieren que sean no resinosos, de color pálido, inodoros y resistentes a la oxidación. Se utilizan más de una docena de pruebas físicas y químicas para clasificar y determinar el grado de los aceites lubricantes. Las pruebas físicas comunes incluyen mediciones de viscosidad, gravedad específica y color, mientras que las pruebas químicas típicas incluyen aquellas para puntos de inflamación y fuego.

De todas las propiedades, la viscosidad, la resistencia de un aceite lubricante a fluir a temperaturas y presiones específicas, es probablemente la más importante. La aplicación y el rango de temperatura de funcionamiento son factores clave para determinar la viscosidad adecuada de un aceite. Por ejemplo, si el aceite es demasiado viscoso, ofrece demasiada resistencia a las partes metálicas que se mueven unas contra otras. Por otro lado, si no es lo suficientemente viscoso, se exprimirá entre las superficies de contacto y no podrá lubricarlas lo suficiente. El viscosímetro universal estándar Saybolt es el instrumento estándar para determinar la viscosidad de los lubricantes a base de petróleo entre 70 y 210 grados Fahrenheit (21 y 99 grados Celsius). La viscosidad se mide en Say bolt Universal second, que es el tiempo en segundos requerido para que 50 mililitros de aceite se vacíen de una taza de viscosímetro Saybolt a través de un orificio de tubo calibrado a una temperatura dada.

La gravedad específica de un aceite depende del método de refinación y de los tipos de aditivos presentes, como el plomo, que le da al aceite lubricante la capacidad de resistir la presión extrema de la superficie de acoplamiento y las bajas temperaturas. El color del aceite lubricante indica la uniformidad de un grado o marca en particular. Los puntos de inflamación y combustión del petróleo varían según el origen del crudo. El punto de inflamación es la temperatura a la que se debe calentar un aceite hasta que se expulse suficiente vapor inflamable para que se encienda al entrar en contacto con una llama. El punto de fuego es la temperatura más alta a la que el vapor de aceite seguirá ardiendo cuando se encienda.

Los aceites de motor comunes se clasifican por viscosidad y rendimiento de acuerdo con las especificaciones establecidas por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE). Los factores de rendimiento incluyen la prevención del desgaste, la formación de depósitos de lodos de aceite y el espesamiento del aceite.

El futuro

El futuro del aceite lubricante de base mineral es limitado, porque los suministros naturales de petróleo son finitos y no renovables. Los expertos estiman las reservas totales recuperables de petróleo liviano a mediano en 1,6 billones de barriles, de los cuales se ha utilizado un tercio. Por lo tanto, los aceites de base sintética probablemente serán cada vez más importantes a medida que disminuyan las reservas naturales. Esto es cierto no solo para el aceite lubricante, sino también para los demás productos que resultan del refinado del petróleo.