Ensayo de la mancha Manuel Bilbao

1. INTRODUCCIÓN 1.1. Definición del Ensayo de la Mancha El Ensayo de la Mancha es una técnica analítica que permite: -

Identificar el exceso de carbonilla en un aceite de motor.

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Evaluar la capacidad dispersante de un lubricante de motor.

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Detectar la presencia de glicol, diesel u otro tipo de contaminantes en el lubricante de un aceite de motor de cárter.

Mediante esta técnica se pueden determinar tres de los cuatro parámetros críticos en un aceite de motor: dilución por combustible, carga de carbonilla y glicol/agua. La suciedad sería en cuarto parámetro, que se tendría que estudiar con otras técnicas.

1.2. Concepto de Carbonilla La Carbonilla es básicamente combustible no quemado que se transforma en partículas de carbón durante la combustión. Una cantidad excesiva de carbonilla en el aceite del motor puede generar diferentes problemas: -

Aumento de la viscosidad. Formación de coloides que tienen atrapadas partículas de carbonilla.

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Pérdida de dispersancia. Sustracción adsortiva del aditivo dispersante.

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Formación de lodos. Aglomeración de carbonilla y lodos (a veces con agua).

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Pérdida de capacidad antidesgaste. Sustracción adsortiva del paquete de aditivos antidesgaste.

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Colmatación de filtros. Aglomeración de partículas de carbonilla, especialmente en presencia de agua y glicol. Se pueden depositar en los filtros.

1.3. Concepto de Aditivo Dispersante Las partículas de carbonilla se aglomeran debido a fuerzas de Van der Waals, generando partículas de un tamaño mayor que tienden a precipitar. La función del dispersante es la de mantener a las partículas de carbonilla finamente divididas y fuera del alcance de las superficies de contacto. Funciona manteniendo a la carbonilla en una fina capa. La cabeza polar de la molécula del dispersante se aferra a las partículas de carbonilla, mientras que la cola lipofílica se disuelve muy bien en el aceite.

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De esta manera, el dispersante evita que se aglomeren las partículas de carbonilla y precipiten depositándose en las superficies de la máquina. Una vez que el dispersante se ha agotado el sistema queda indefenso frente a la carbonilla.

2. INSTRUMENTACIÓN 2.1. Ensayos de laboratorio para analizar la dispersancia. Existen varios métodos para realizar el seguimiento de los aditivos dispersantes en un aceite de motor: -

Medir la concentración del aditivo dispersante presente en el aceite mediante EOSICP. Normalmente se suele medir la concentración de ciertos metales (Ca, Mg, Ba,...).

- Medir directamente la capacidad dispersante del aceite. El Ensayo de la Mancha proporciona una excelente valoración sobre el funcionamiento del aditivo dispersante en el aceite. -

La medida del TBN es la mejor y más extendida forma de determinar la capacidad remanente de aditivos dispersantes que le quedan al aceite.

2.2. Ensayos de laboratorio para analizar la carbonilla -

Ensayo de la mancha (Método del fotómetro). Este ensayo permite conocer la cantidad de carbonilla presente en un aceite de motor hasta el 4% de manera semicuantitativa.

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Insolubles en Pentano/Tolueno. Este ensayo permite conocer la cantidad de materia insoluble presente en un aceite de motor de una manera cuantitativa. El problema es que la carbonilla queda determinada como parte de esa materia insoluble.

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FTIR. Este ensayo permite conocer la cantidad de carbonilla presente en un aceite de motor de manera cuantitativa.

2.3. Equipo de Ensayo de la Mancha El equipo utilizado para la determinación de la dispersancia y cantidad de carbonilla está basado en el paso de la luz a través de una cámara CCD de una gota de aceite de motor, midiendo la absorción de luz de la gota de aceite y correlacionar la medida a la concentración de carbonilla.

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3. ANÁLISIS 3.1. Introducción Mediante la deposición de una gota de lubricante en un papel cromatográfico se pueden cuantificar la cantidad de carbonilla y dispersantes existentes en un aceite. Como resultados se pueden determinar: -

Índice de contaminación (IC). Representa la concentración de materia insoluble presente en el aceite. Esta afectado por varios factores, incluyendo la aplicación para la cual está diseñada la máquina, horas del lubricante y ambiente de trabajo. Mediante esta técnica se pueden determinar concentraciones de carbonilla entre 0.14.0%. Un alto IC normalmente significa una combustión ineficiente, la cual puede venir causada por problemas de inyección, baja compresión o respiración del motor defectuosa. Dependiendo del tipo de motor se deben establecer líneas base y límites estadísticos.

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Dispersancia (MD). Refleja la habilidad del aceite de distribuirse homogéneamente a lo largo de la gota, la cual depende de la capacidad dispersante del aceite. Existen contaminantes que pueden disminuir el valor MD: agua, anticongelante, carbonilla de combustión y combustible. Estos contaminantes degradan la habilidad de dispersión residual del lubricante, favoreciendo la formación de conglomerados de carbonilla, los cuales pueden bloquear el flujo de aceite hacia los componentes de la máquina o interferir con la función de los aditivos.

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Resultado global o Demérito Ponderado (DP). La determinación de este valor ayuda al usuario a tomar una decisión sobre el estado de la muestra. Por ejemplo, si se han obtenido unos valores de IC y MD pobres, pero no completamente malos, el DP determinará si el problema está basado en una suma de las dos medidas.

3.2. Interpretación de Manchas 3.3.1. Zonas de la mancha. a)

Zona Central. Lugar donde se deposita la gota de aceite original.

b)

Zona de Aureola. Lugar donde se forma un anillo alrededor de la corona central.

c)

Zona de Difusión. Área de difusión de tamaño de partícula pequeño o mediano.

d)

Zona Translucida. Final del cromatograma (aceite base y combustible diesel).

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3.3.2. Significado a) Carbonilla Una excesiva contaminación por carbonilla o unos cambios de aceite prolongados producen un consumo excesivo de los aditivos dispersantes, provocando una aglomeración de la carbonilla. Esto acaba provocando un aumento en la viscosidad del aceite. Cuando la gota de aceite cae en el papel cromatográfico, las partículas de mayor tamaño no migran con el aceite base y forman una gota negra en el punto de deposición de la misma. Si el aditivo está trabajando como debe, las partículas de carbonilla tendrán un tamaño pequeño y estarán finamente disueltas en el aceite. Cuando la gota de aceite es depositada en el papel cromatográfico, las partículas de carbonilla viajan fácilmente y el cromatograma mostrará un color gris traslúcido. Indicadores clave de carbonilla: -

Tamaño de la gota central

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Color de la gota central

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Tamaño de la zona de difusión

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Color de la zona de difusión (blanco, negro)

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Formación de la aureola (Estado de inyección incorrecta)

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Densidad (translucida u opaca)

b) Glicol La detección del glicol mediante esta técnica puede verse dificultada por su efecto en la dispersancia del lubricante. La contaminación por anticongelante en el aceite de motor causa ácidos afectando a la dispersancia de la carbonilla, incluso con bajas cargas de carbonilla. El glicol además también puede formar “burbujas de aceite” causando la precipitación de los aditivos cuando el aceite envejece térmicamente. Cuando una gota de aceite contaminada con glicol es depositada en el papel cromatográfico, las partículas de carbonilla se aglomeran debido al consumo de los dispersantes. Se forma un círculo central marrón o negro debido a la desestabilización de los dispersantes y coagulación de la carbonilla. Cuando existe una concentración grande de glicol se forma una pasta adhesiva negra en la periferia. Cuando existe glicol a menudo se desarrolla un anillo de carbonilla alrededor de un centro amarillo/negro. Indicadores clave de glicol: -

Textura del centro de la gota (pastosa)

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Tamaño del papel secante

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Color de la gota (negra, naranja/amarillo)

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Formación de la aureola (presencia de glicol)

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Densidad (translucida u opaca)

c) Combustible La dilución por diesel afecta directamente a la concentración de aditivos, causando una pérdida de dispersante de manera prematura, provocando formación de depósitos y colmatación de los filtros. Si el problema es debido a un goteo de los inyectores, se produce una inyección pobre, causando un exceso de carbonilla que pueden afectar a la dispersancia. El combustible viaja hacia la zona más periférica de la gota, creando una zona traslucida característica en la zona más externa del cromatograma.

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