TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 200328

ANLISIS ECOLGICO DE ACEITES LUBRICANTESDE MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA

Calixto Rodrguez Martnez*, Emilio lvarez Garca***Universidad de Oriente, **Universidad Central de las Villas

Estudios realizados en Europa permiten asegurar que se desconoce el paradero del 34 % de losaceites lubricantes sustituidos en los motores de combustin interna.Los aceites lubricantes, en relacin con el ambiente, se clasifican en: ecolgicos, biodegradablesy no txicos. Se considera que un lubricante es ecolgico cuando el efecto negativo que puedecausar sobre el ambiente se minimice, a travs de su mxima explotacin, o sea, hasta que su vidatil se agote y se haga un correcto uso despus de desechado como lubricante.En el trabajo se analiza, desde el punto de vista ecolgico, el comportamiento de un aceite de motorde combustin interna en diferentes marcas de motores, a travs de ensayos peridicos de suspropiedades fsicas y qumicas, quedando demostrado que se puede incrementar la vida til en eldoble, y por lo tanto cumplir el requisito de lubricante ecolgico.Palabras clave: aceites lubricantes, motores de combustin interna, anlisis reolgico.

_____________________

Recent studies in Europe assure that it is disregarded the destination of the 34 % of the lubricantoils substituted in the internal combustion engines.The lubricant oils, in relation with the environment, are classified in: ecologyc biodegradable andnon toxic. It is considered that a lubricant is ecologic when the negative effect that may cause onthe environment is minimun, through its maximun exploitation, that is, till its utility life finishes, andis done a correct use after being depreciated as lubricant.In the work it is analyzed, from the ecologyc point of view, the behaviour of an oil of internalcombustion engine in different trades of engines, through periodical trials of its physical andchemical properties, being shomed that it can be increased the double of the utility life, and to satisfythe requisite of ecologyc lubricant.Key words: lubricant oils, internal combustion engines, rheological analysis.

?

Introduccin

Cantidades considerables de lubricantes sepierden en el medio ambiente y potencialmenteafectan las plantas, los animales y la vida huma-na. Estudios realizados en Europa permiten ase-gurar que se desconoce el paradero del 34 % delos aceites lubricantes sustituidos en los motoresde combustin interna. /1/

Los aceites lubricantes, en relacin con elambiente, se clasifican en:

Lubricante ecolgico: Se considera que unlubricante es ecolgico cuando el efecto negativoque puede causar sobre el ambiente se minimiceal mximo, logrando su explotacin hasta que suvida til se agote y se haga un correcto usodespus de desechado como lubricante.

Lubricantes biodegradables: La biodegrada-cin es la habilidad de un compuesto qumicopara descomponerse hacindose poco nocivopara el entorno. La biodegradacin es la principaly mejor va para remover los lubricantes vertidosen la tierra y el agua. Todos los lubricantes son,en mayor o menor grado, biodegradables en de-pendencia de su origen.

Lubricantes no txicos: La toxicidad de unlubricante se mide por los efectos nocivos queste pueda tener sobre el medio (hombre, anima-les, agua, flora).

El anlisis peridico de las propiedadesfisicoqumicas del lubricante es el mtodo ade-cuado para definir el momento preciso de cambiode lubricante en un equipo o mquina, y por lotanto establecer su carcter ecolgico. Como pro-piedades fundamentales para el monitoreo de losaceites lubricantes se establecen: la viscosidadcinemtica, el punto de inflamacin, el nmerototal de base, total de insolubles.

ECOLGICOSBIODEGRADABLES NO TXICOS

TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 2003 29

El objetivo fundamental del estudio es evaluarel comportamiento de aceites lubricantes paramotores de combustin interna y sus caractersti-cas con el aumento del kilometraje recorrido porlos vehculos automotores DAF 2800, FT95-310,FT95-350, buscando con ello la posibilidad deprolongar el ciclo de cambio del aceite de 10 000 km(recomendado por el fabricante del aceite lubri-cante) a 20 000 km, lo que representa una medidaprctica y sencilla de no agresin al medio y decumplir por lo tanto, la condicin de ecolgico.

Materiales y mtodos

Para la realizacin de los ensayos experimen-tales se tomaron en consideracin diferentesnormas /2, 3, 4, 5/ y procedimientos establecidospara evaluar las propiedades de los aceiteslubricantes durante su explotacin y conserva-cin, en especfico, para aceites lubricantes demotores de combustin interna.

Durante la experimentacin se estudi el com-portamiento del aceite mongrado Serie 3-40utilizado en la lubricacin de los motores DKX,

WS225 y WS259 de camiones DAF 2800, FT95-310 y FT95-350 respectivamente.

El estudio se realiz para un intervalo dekilmetros iguales a 5 000, 10 000, 15 000 y 20 000 km,con el objetivo de estudiar la degradacin de laspropiedades del lubricante en funcin del tiempo deexplotacin del equipo y el kilometraje recorrido.

Cada ensayo tiene como objetivo conocer silas condiciones de explotacin traen consigo cam-bios considerables en las propiedades y caracte-rstica de los lubricantes empleados en los dife-rentes tipos de motores, para lo cual se realiz unanlisis de varianza y un test de Duncan.

Anlisis y discusin de los resultadosexperimentales

El estudio de caracterizacin estadstica de lasvariables de respuesta para el grupo de camionesDAF 2800 con motor DKX, camiones DAF FT95310 con motor WS-225, camiones DAF FT95 350con motor WS-259, lubricado con aceite Serie 3-40a los 10 000 y 20 000 km se refleja en las tablas 1,2 y 3 respectivamente.

Tabla 1.Propiedades del aceite a los 10 000 y 20 000 km. Camin DAF 2800 con motor DKX

Viscosidad (mm2/s) Temperatura de

inflamacin (C) TBN (mgKOH/g) % carbn

14,40 14,85 216 212 5,92 5,35 1,66 2,05

14,75 15,21 218 218 6,15 5,41 1,70 2,06

14,96 15,81 228 220 6,21 5,63 1,75 2,09

15,01 15,83 228 230 6,25 5,65 1,78 2,10

15,35 16,12 240 242 6,34 5,81 1,82 2,12

15,69 16,18 241 243 6,42 5,92 1,86 2,13

Media de los resultados experimentales

15,02 15,66 228,5 227,5 6,215 5,628 1,761 2,091

Desviacin estndar de los resultados (S)

0,509 0 0,524 8 9,865 12,233 0,197 0,224 0,078 0,031

Coeficiente de desviacin (V)

3,387 3,350 4,317 5,377 3,174 3,996 4,480 1,509

TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 200330

Tabla 2.Propiedades del aceite a los 10000 y 20000 km. Camin DAF FT95 310 con motor WS-225

Viscosidad (mm2/s) Temperatura de inflamacin (C) TBN (mgKOH/g) % carbn

15,19 14,80 226 224 6,12 5,22 2,33 2,85

16,06 16,73 228 224 6,45 5,24 2,40 2,92

16,10 16,85 232 224 6,78 5,30 2,42 3,10

16,19 16,86 242 246 6,94 5,35 2,45 3,12

16,44 16,90 242 246 6,95 5,60 2,55 3,21

Media de los resultados experimentales

15,996 16,428 234 232,8 6,648 5,342 2,43 3,04

Desviacin estndar de los resultados (S)

0,537 4 0,902 8 6,878 7 9,458 2 0,356 8 0,163 3 0,094 5 0,154 7

Coefciente de desviacin (V)

3,359 5,495 2,939 6 4,062 8 5,367 3,058 3,892 5,091

Tabla 3.Propiedades del aceite a los 10 000 y 20 000 km. Camin DAF FT95 350 con motor WS-259

Viscosidad (mm2/s) Temperatura de

inflamacin (C) TBN (mgKOH/g) %Carbn

15,74 16,95 240 246 6,98 5,73 2,15 2,46

15,8 17,34 243 247 7,15 5,87 2,19 2,51

Media de los resultados experimentales

15,77 17,14 241,5 246,5 7,065 5,80 2,17 2,485

Desviacin estandar de los resultados (S)

0,053 1 0,345 7 2,659 5 0,886 5 0,150 7 0,124 1 0,035 4 0,044 3

Coeficiente de desviacin (V)

0,337 2 2,016 5 1,101 2 0,359 6 2,133 1 2,139 0 1,634 1 1,783 7

TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 2003 31

Analizando los resultados reflejados en lastablas anteriores se tiene que los ensayos realiza-dos a cada prueba son vlidos, por cuanto paratodos los casos se cumple que el error (e) est pordebajo del mximo permisible y que el coeficien-te de variacin (V) calculado tambin resultamenor que el tabulado.

En la figura 1 se muestra el comportamientode la viscosidad con el kilometraje recorrido paralos motores DKX, WS225 y WS259 lubricadoscon el aceite Serie- 3-40.

La viscosidad del aceite vara de manera as-cendente y con diferencias significativas en susvalores en la medida que incrementa el nmero dekilmetros recorridos por el vehculo, lo cual secorresponde con lo reportado por la bibliografaespecializada. /6/

Lo anterior se debe, entre otras causas, a que enla medida que incrementa el tiempo de explotacindel aceite aumenta la oxidacin del mismo, acom-paado de la formacin de gomas y lacas, o por lacontaminacin con fracciones ms pesadas de ele-vado peso molecular. Es de destacar que a pesar deque el fabricante recomienda el cambio del lubri-cante a los 10 000 km, la viscosidad del mismo a los20 000 km tiene valores que estn dentro del rangopermisible por la norma. /6/ (un 25 % del valororiginal), por lo que desde el punto de vista deviscosidad al mismo se le puede duplicar el recurso.

La viscosidad en todos los casos tiende aaumentar paulatinamente, siendo ms marcadoeste incremento en el caso del motor WS259. Losmenores valores se obtienen para el motor DKX.En el caso del motor WS225 se observa unatendencia a estabilizacin de la viscosidad a par-tir de los 15 000 km. Resulta interesante el hechode que los valores de viscosidad alcanzados enlos diferentes motores no difieren signifi-cativamente Lo anterior confirma que el aceitepuede ser empleado satisfactoriamente en cual-quiera de los motores evaluados.

El comportamiento de la temperatura de infla-macin del aceite Serie 3-40 empleado en lalubricacin de los motores DKX, WS225 y WS259se muestra en la figura 2.

Para esta propiedad se tiene que en el caso delos motores DKX y WS225 la temperatura deinflamacin disminuye ligeramente, y lo contra-

rio para el motor WS259. Los menores valores detemperatura de inflamacin se tienen para elaceite DKX y los mayores para el WS259. Enninguno de los casos estos valores sobrepasan elvalor condenatorio para dicha caracterstica yest lo suficientemente por encima de los 180 C/6/., ya que si el aceite alcanza una temperaturaigual a sta o por debajo de este valor, no debe serempleado en la lubricacin

Segn los resultados de las pruebas de Duncan yel anlisis de varianza se tiene que las diferencias detemperaturas de inflamacin alcanzadas en los dife-rentes motores resultan no significativas.

La variacin del nmero total de base delaceite Serie 3-40 con respecto al kilometrajerecorrido y en dependencia del tipo de motorempleado se muestra en la figura 3.

El Nmero Total Base (TBN) disminuye consi-derablemente, y se tiene que la variacin del mismohasta los 15 000 km no resulta significativa, sindolopara los 20 000 km respecto a los 10 000 y 15 000.El hecho de que el mismo disminuya refleja queha disminuido la cantidad de miligramos de KOHpor gramos de aceite necesario para neutralizar lassustancias base que ste posee. A pesar de ello sepuede apreciar que dichos valores no se acercanal valor condenatorio. /6/ (70 % del valor inicial,3 mg KOH/g para este caso) para la referidapropiedad. Lo anterior permite afirmar la posibi-lidad de prolongar el recurso del lubricante.

En todos los casos se tiene que el NmeroTotal Base (TBN) del aceite Serie 3-40 disminu-ye con el incremento del kilometraje. Al igual queen el caso de las dos propiedades anteriores, ladiferencia entre los valores alcanzados no resultasignificativa. Por lo anterior se puede afirmar queel comportamiento del aceite es similar en los tresmotores empleados.

El comportamiento de otra de las propiedadesestudiadas: el contenido de residuos de carbn, semuestra en la figura 4.

El residuo de carbn se incrementa de manerasignificativa con el aumento del tiempo de explo-tacin del aceite. Lo anterior es caracterstico delos aceites de motores de combustin internacomo consecuencia de las altas temperaturas aque estn sometidos y como resultado de la con-taminacin del mismo con residuos de la combus-

TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 200332

Fig. 2 Comportamiento de la temperatura de inflamacin para el aceite Serie 3-40 allubricar los motores DKX, WS225 y WS259.

225

230

235

240

245

250

0 5000 10000 15000 20000 25000

km

Tem

per

atu

ra d

e In

flam

aci

n (

C)

Motor DKX

Motor WS225

WS259

14,5

15,0

15,5

16,0

16,5

17,0

17,5

0 5000 10000 15000 20000 25000km

Vis

cosid

ad (m

m2/s

)

Motor DKXMotor WS225Motor WS259

Fig. 1 Comportamiento de la viscosidad para el aceite Serie 3-40 al lubricarlos motores DKX, WS225 y WS259.

TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 2003 33

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 5000 10000 15000 20000 25000

km

Residuos de Carbn (%)

Motor DKXMotor WS225Motor WS259

Res

iduo

s de

Car

bn

(%)

Fig. 4 Comportamiento de los residuos de carbn para el aceite Serie 3-40 al lubricar losmotores DKX, WS225 y WS259.

Fig. 3 Comportamiento del TBN para el aceite Serie 3-40 al lubricar los motoresDKX, WS225 y WS259.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5000 10000 15000 20000 25000

km

TB

N (

mg

KH

O/g

)

Motor DKX

Motor WS225

Motor WS259

TECNOLOGA QUMICA Vol. XXIII, No. 3, 200334

tin durante su funcionamiento. Esta propiedadtampoco alcanz valores que sobrepasaran o seacercaran el valor condenatorio (4 %).

Como era de esperar, en todos los casos se tieneque el residuo de carbn en el aceite Serie 3-40 CD/SF se incrementa, siendo ms marcado este incre-mento en el caso del motor WS225. Los menoresvalores se obtienen para el caso del Motor DKX,observndose en el mismo una ligera tendencia aestabilizar a partir de los 15 000 km. Es importantesealar que en esta propiedad la diferencia entre losvalores alcanzados no resulta significativa.

Conclusiones

De la investigacin realizada queda demostra-do que el monitoreo peridico de los aceites

(viscosidad cinemtica, punto de inflamacin,TBN, contenido de slidos) constituye unmtodo sencillo y econmico para evaluar elestado tcnico del lubricante, y a la vez puedeser una medida para disminuir la contamina-cin ambiental.

Como se demostr en todos los casos, se puedehasta duplicar la vida til del aceite lubricante, loque representa no slo una medida ambientalcorrecta, sino tambin un ahorro considerabledesde el punto de vista econmico.

Sin embargo, es necesario ser riguroso en larealizacin de los ensayos; los mismos deben deejecutarse en laboratorios especializados, paraevitar daos en los elementos de las mquinas yequipos, lo cual dara al traste con el aspectoecolgico del lubricante.

Bibliografa

1. Copan, W. G.; Haycock, R., Lubricant additives and the environment May 1993, 4 th International Symposiumon the Performance, Evaluation of Automotive Fuels and Lubricants.

2. (ASTM D-445, ASTM D-88 y NC 33-19:89). Determinacin de la viscosidad cinemtica y clculo de ladinmica.

3. (ASTM D189, ASTM D524 y NC 33- 31:89 Mtodo Conradson). Determinacin del residuo de carbn.4. (ASTM D - 664, ASTM D - 2896 y NC 33-51: 89). Determinacin del nmero total de bases por valoracin

potenciomtrica. Mtodo del cido perclrico.5. ASTM D - 92 y ASTM - D93.- Temperatura de inflamacin6. Gambles, D., Monitoreo del estado de la mquina con el sistema computatrend, Anlisis progresivo de

muestras de aceites usados, Castrol LTD, Swindon, Inglaterra, 1999.