ingenieria quimica

1. BASES LUBRICANTES
Refinación (Parte I)
Química Industrial I
Por: Carlos E Sánchez P
Abril, 2015
Fuente figura: articulo.mercadolibre.com.ar

2. GENERALIDADES
• Desde la antigüedad siempre se han buscado grasas
animales o vegetales para lubricar superficies
• Gracias a la revolución petrolera, se han elaborado
usando como bases a gasoil de vacío. Su punto de
ebullición varía entre 320 y 480 °C
• Dependiendo de su uso final, los aceites lubricantes
deben tener varias características fundamentales:
 Lubricidad (Debe tener un cierto de valor de viscosidad)
 La viscosidad no ser muy sensible a la T (Índice de viscos.)
 Estabilidad química
 Bajo punto de fluidez (Debe ser menor que T de trabajo)

3. CLASIFICACIÓN DE ACEITES LUBRICANTES
• Para aplicaciones diferentes a “aceites de motor” se emplean
las normas ISO. Debido a diferentes tecnologías del parque
automotor se emplean diferentes criterios, pero el más cono-
cido es del viscosidad SAE (Society of Automotive Engineers) de USA
(Fuente: Wauquier, 2004)

4. • En la clasificación SAE, la letra W indica que es formulado para
el invierno (Winter). En la siguiente tabla aparecen valores
mínimos (min) y máximos (max) de viscosidad
(Fuente: Chaudhuri, 2011) Existen aceites con la
siguiente nomen-
clatura: aWb por
ejemplo SAE 15W50
que es una mezcla de
dos aceites y son deno-
minados multigrados.
En estos aceites se
busca darles la
propiedades de
viscosidad deseadas en
el invierno y verano al
mismo tiempo. Se
suelen añadir
polímeros a estos
aceites multigrados

5. TIPOS DE BASES LUBRICANTES
Las bases lubricantes representan 70-80% del aceite
lubricante y el resto son aditivos que le terminan de dar
las características deseadas. Existen dos tipos de bases:
• Parafínicas: Compuestas principalmente de alcanos de
cadena lineal. Tienen alto IV, alta estabilidad pero alto punto
de fluidez. Se usan en motores y equipos industriales
(sistemas hidraulicos, turbinas y engranajes)
• Nafténicas: Tienen un contenido mayor de cicloparafinas y
aromáticos, pero el contenido de parafinas sigue siendo ma-
yoritario. Sin embargo, los naftenos y aromáticos hacen que
su IV sea mediano. Se emplean como aceites dieléctricos y de
equipos de refrigeración. (Díaz N. n.d.)

6. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE ACEITES
LUBRICANTES
• Viscosidad: Importante para todo tiempo de lubricante.
Normalmente se expresa en viscosidad cinemática. La
viscosidad disminuye con la T. Hay ábacos, ecuaciones y
fórmulas que relacionan estas dos magnitudes
• Índice de viscosidad (IV): Es la propiedad que le permite a un
lubricante mantener la viscosidad más o menos constan-te en
un amplio rango de T. De acuerdo los ensayos estándar se
registra entre 40 y 80 °C. La norma aplicada es ASTM D 341.
Se usan aditivos para mejorar esta propiedad (Wauquier, 2004)

7. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE ACEITES
LUBRICANTES
• Punto de congelación: Mínima T a la cual fluye la base
lubricante sin agitación (Punto de fluidez). En el caso de bases
parafínicas, se presenta cristalización de las n-parafinas. En el
caso de bases nafténicas la viscosidad se eleva considerable-
mente y el aceite no fluye. Se usan aditivos para su mejora
• Punto de anilina: Determina el contenido de aromáticos.
Mientras mayor sea, menor será el contenido de aromáticos
• Volatilidad: Determinación indirecta, por medio de la inflama-
bilidad. O por medio de vía directa, según el método Noack
• Residuo de carbón Conradson: Mide la tendencia de formar
residuos carbonosos en condiciones de coquificación
(Wauquier, 2004)

8. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE ACEITES
LUBRICANTES
• Propiedades mecánicas: Existen diferentes ensayos según su
uso del lubricante. Entre ellos se encuentra: penetración de
grasas, ensayos de extrema presión (ensayo de 4 bolas)
• Propiedades antioxidantes: Existen ensayos normalizados de
oxidación acelerada, que consisten en pasar una corriente de
aire u O2 a través de aceite a cierta T, en presencia de
catalizadores o no y de agua
• Propiedades de servicio: Características antiespumantes,
tiempo de desaireación, ensayos de corrosión, punto de
inflamación en vaso cerrado o abierto, etc

9. CARACTERÍSTICAS DE ACEITES DE MOTOR (Wauquier, 2004)

10. CÁLCULO DEL ÍNDICE DE VISCOSIDAD
Norma ASTM D-2270:
IV = [(L - U) / (L - H)] x 100 (*)
L = 0,8353 Y2 + 14,67 Y – 216
H = 0,1684 Y2 + 11,85 Y – 97
Donde:
L = Viscosidad @ 40 °C de de un aceite de referencia de IV
= 0 (cSt)
H = Viscosidad @ 100 °C de un aceite de referencia de IV =
100 (cSt)
U = Viscosidad @ 40 °C de la muestra problema (cSt)
Y = Viscosidad @ 100 °C de la muestra problema (cSt)
(*) Para productos con IV > 100 se deben efectuar
correcciones especificadas en la Norma ASTM D-2270
Cortesía: Prof. Mercado

11. Características de principales aceites usados en
motores de combustión interna a gasolina
(Cortesía Prof Mercado, extraído de guía “Introducción a la Refinación de Petróleo” prof Díaz N.)
Tipo
Grado
SAE
Viscosidad
Indice
Viscosid.
(IV)
Pto
Fluidez
°C
Pto
Inflam
°C
Densidad
relativa
15.6 °C
cSt
40
°C
cSt
100 °C
SF
40 153 14.5 92 -6 225 0.890
50 231 19 92 -6 230 0.897
SF Plus
20W-40 125 14.5 120 -9 220 0.890
20W-50 167 18.4 123 -9 225 0.890
SUPRA
SH
10W-30 70 11 140 -18 220 0.880
15W-40 120 14.5 130 -18 220 0.880
20W-50 165 19 130 -9 220 0.884
SUPRA
SJ
10W-30 70 11 140 -18 220 0.880
15W-40 120 14.5 130 -18.5 220 0.880

12. Características de principales aceites usados en motores
de combustión interna a diesel
(Cortesía Prof Mercado, extraído de guía “Introducción a la Refinación de Petróleo” prof Díaz N.)
Tipo
Grado
SAE
Viscosidad
Indice
Viscosid.
(IV)
Pto
Fluidez
°C
Pto
Inflam
°C
Densidad
relativa
15.6 °C
cSt
40
°C
cSt
100 °C
Maxi
Diesel
10 32 6 100 -12 210 0.876
30 100 11 90 -12 215 0.900
40 150 15 90 -12 220 0.900
50 220 19 90 -9 220 0.900
Ultra
Diesel
15W-40 105 14.5 140 -18 220 0.880

13. ADITIVOS DE ACEITES LUBRICANTES
• Mejoradores de IV: Se añaden copolímeros formados por
generalmente del éster metacrílico, que son solubles en aceite
(ej. copolímero formado por n-laurilmetacrilato e isobuteno).
Alternativamente se usan poliisobutenos que se hacen rea-
ccionar con pentasulfuro de fósforo. A bajas T, el efecto es po-
co significativo pero a altas T los polímeros aumentan la μ
Fuente: Wittcoff & Reuben, 2000

14. ADITIVOS DE ACEITES LUBRICANTES
• Depresores del punto de fluidez: Es difícil y poco económico
remover ceras para tener punto de fluidez inferiores a -18 °C.
Por esta razón, se agregan aditivos que buscan que se formen
cristales pequeños que queden suspendidos en el aceite co-
mo copolímeros de metacrilatos y naftalenos alquilados
• Detergentes-dispersantes: Buscan mantener suspendidos
partículas como material carbonoso que se forman en moto-
res de combustión interna. Se utilizan jabones de Ba, Ca y Mg
junto con polibutensuccinidas o copolímeros formados entre
laurilmetacrilato y N-vinil-2-pirrolidona
• Inhibidores de corrosión: Como ditiofosfato de zinc

15. ADITIVOS DE ACEITES LUBRICANTES
• Mejoradores de lubricación: A veces los lubricantes solos no
son suficientes para evitar el roce y desgaste por contacto de
dos superficies metálicas. Se emplean ditiofosfato de Zn,
fosfato de ticresilo y sebo clorosulfurado
• Agentes antiespumantes: Los lubricantes deben tener baja
tensión superficial para que trabajen bien, en especial en pre-
sencia de agua, aditivos e impurezas. Pequeñas adiciones de
un polímero de metilsilicón reduce duración de burbujas
• Inhibidores de oxidación: Se producen barnices y ácidos
carboxílicos por la acción del O2 . A menos de 93 °C se puede
usar inhibidores de radicales libres como di-t-butilcresol. Pero
a partir de 93 °C, se potencia la catálisis con partes metálicas y
se emplean recubrimientos sobre el metal para desactivarlo
como el ditiofosfato de Zinc.

16. PREPARACIÓN DE BASES LUBRICANTES
DESASFALTADO
ELIMINACIÓN
DE AROMÁTICOS
DESPARAFINADO
Propano y/o
butano
GOV
Asfalto
Furfural o fenol
Aromáticos
Tolueno y MEK
Parafinas >20 C
(Ceras)
Base
lubricante
DAO

17. DESASFALTADO
• Extracción con solventes (C3-C5) a una T entre 100 y
170 °C
• Los asfaltenos precipitan y salen por el fondo de
columna de extracción mientras que el aceite
desasfaltado (DAO) sale por el tope
• La presión está comprendida entre 300-600 psig para
mantener líquido el solvente empleado
• La relación solvente carga es de 5/1 a 2/1 en peso
(Adaptado de presentación de Prof Mercado)

18. DESASFALTADO
Desasfaltado con propano (Mouljin et al 2013). Además de residuo de
vacío se pueden emplear GOV (Gasoil de vacío)

19. DESASFALTADO
74ºC
ACEITE DESAFALTADO +
PROPANO
PROPANO
LICUADO
RESIDUO
70ºC
50ºC
54ºC
120ºC
70% ASFALTO
30% PROPANO
43ºC
Torre desasfaltadora
(Cortesía prof. Mercado)

20. DESASFALTADO
Uno de los principales problemas
del desasfaltado tradicional es el
alto requerimiento de energía.
Por esta razón han surgido
nuevos procesos como el ROSE
(Residuum Oil Supercritical
Extraction) donde se utiliza el
extractante en forma de fluido
supercrítico (gases por encima de
P crítica). Otro proceso es
UOP/FW USA donde se reduce el
tamaño de equipos empleados
en extracción. Esquema de proceso ROSE
(Fuente: www.kbr.com )

21. DESASFALTADO
Diagramas ternarios del sistema pentano-aceite-asfalto generado en ASPEN PLUS
a 33 y 40 bar respectivamente (Extraído de Cárdenas et al, n.d)

22. EXTRACCIÓN DE AROMÁTICOS
Esquema de planta de extracción de aromáticos. El refinado se refiere al aceite
“desaromatizado” y el extracto tiene alto contenido de aromáticos. Además de
furfural, se usa fenol y en menor medida N-metilpirrolidona
(Fuente: http://www.setlaboratories.com/solvent/tabid/108/Default.aspx)

23. DESPARAFINADO
ACEITE BISOLVENTE
DILUCIÓN(40ºC)
ENFRIAMIENTO
(-20ºC)
FILTRACIÓN
FILTRADO
RECUPERACIÓN DE
SOLVENTE
ACEITE
DESPARAFINADO
PARAFINAS
CERAS
SOLVENTE
RECUPERACIÓN DEL
SOLVENTE
PARAFINAS
CERAS
PARAFINAS
SÓLIDAS
ACEITE
SOLVENTE
RECRISTALIZACIÓN
(0ºC)
FILTRACIÓN
ACEITE CERO
SOLVENTE
RECUPERACIÓN
DEL SOLVENTE
ACEITE CERO
Cortesía: prof Mercado

24. DESPARAFINADO
• Agente Extractante:
– Bisolvente : tolueno-metiletilcetona (T-MEK) . Se
emplea una mezcla de 20 a 30 % de bisolvente
• Papel y materiales de empaques, pulituras,
removedores de pintura, industrial textil,
cerámicas refractarias, goma de mascar, velas,
moldes dentales (Cortesía Prof Mercado)

25. DESPARAFINADO
Unidad de desparafinado con MEK/tolueno
(Fuente: http://www.setlaboratories.com/solvent/tabid/108/Default.aspx)

26. Esquema de una refinería
(Fuente: www.ilocis.org)