Ver/Abrir

Universidad de la Habana
Facultad de Química
Centro de Investigaciones del Petróleo
Estudio del comportamiento de aceites
lubricantes para motores operados en
condiciones de explotación
Tesis presentada en opción al grado Licenciado en
Ciencias Químicas
Autor: Yahilyn Piedra Senjudo
Tutor: Ing. Lucrecio Pérez Ruiz
Asesor: MSc. Gastón Fuentes Estévez
Ciudad de la Habana
Junio 2009
A mis padres, mis buenos amigos y en
especial a mi abuela.
Resumen:
En el presente trabajo se analizó el comportamiento del aceite nacional Extra Diesel
15W40, en las condiciones actuales de explotación de los ómnibus Yutong en servicio
de transportación de pasajeros por carretera a 10 mil, 20 mil y 30 mil kilómetros
recorridos. Se caracterizan las muestras del aceite, tomadas al concluir cada uno de los
periodos, empleando para ello los métodos establecidos convencionalmente en la
valoración de los lubricantes para motores. Se realizó un análisis estadístico de los
resultados obtenidos comparándolos con los valores límites de los indicadores
analizados, llegándose a la conclusión que para las condiciones descritas, el periodo
óptimo para el cambio del aceite, es de 20 mil kilómetros, existiendo aún reservas en
los indicadores de calidad evaluados en este, para continuar en servicio. Con la
prolongación al doble, del periodo de 10 mil kilómetros, originalmente aprobado por el
fabricante de los motores de los ómnibus, se logra reducir los gastos operacionales por
consumo de lubricante, filtro, horas de mantenimiento y se incrementa la disponibilidad
del vehículo; lo cual implica una gran importancia económica.
Abstract:
In the present work it has been analyzed the behavior of the national lubricant Extra
Diesel 15W40, on the normal conditions of functioning from the Yutong buses in
passenger services by road from 10 thousand, 20 thousand and 30 thousand kilometers,
showing the characterization of lubricant samples taken at the moment of ending each
period, using for them conventional methods established on the evaluations of lubricant
for engines. Also it was done a deep search of results comparing them with the limited
values of the established parameters. Taking to the conclusion that for the describe
conditions, the top period for the oil changing will be 20 thousand kilometers. Meaning
that to continue in service with double use of the 10 thousand kilometers period, it has
been accomplished reducing operational expenses of lubricant, filter, maintenance time
and increase the availabilities of the vehicle which implies a fundamental economical
importance.
ÍNDICE
Introducción………………………………………………………………………
i
Capítulo I. Revisión Bibliográfica………………………………...…………....
1
I.1 Generalidades sobre el petróleo……………..……...…………….…….
1
I.1.1 Evolución histórica……………………………..…………..…...…….
1
I.1.2 Composición………………...…………………….………..…………
2
I.1.3 Clasificación…………………………………..…...…………………..
2
I.1.4 Impurezas características…………...………………...……………..
3
I.1.5 Fracciones fundamentales………………………..……...…………..
4
I.2 Lubricantes…………………………………………...….………………...
5
I.2.1 Clasificación………………………………………..……...…………..
5
I.2.2 Lubricantes derivados del petróleo…………………..……………...
6
I.2.2.1 Composición………………………………………….……………..
7
I.2.2.2 Formulación…………………………………………….…………...
7
I.2.2.3 Principales funciones………………………….………..…..………
8
I.2.2.4 Propiedades necesarias…………………….…..………...…..…...
8
I.2.2.5 Análisis de los aceites lubricantes………...….….…………….....
9
I.2.2.5.1 Viscosidad………………………………..……………......……...
10
I.2.2.5.2 Agua. ……………………………………...……..........................
10
I.2.2.5.3 Residuo de carbón. ……………………...………………...…….
10
I.2.2.5.4 Punto de inflamación. …………………...……………………….
11
I.2.2.5.5 Insolubles………………………………..…………………….......
11
I.2.2.5.6 Número de base…………………………..………………………
11
I.2.2.5.7 Contenido de metales…………………...…………………...…..
11
I.2.2.6 Aditivos para lubricantes………………………..………………….
12
I.2.2.6.1 Propiedades generales de los aditivos…………………………
12
I.2.2.6.2 Clasificación……………………………………………………….
13
I.2.2.6.3 Características generales de los aditivos………………………
13
I.2.2.6.4 Detergentes………………………………………………………..
14
I.2.2.6.5 Dispersantes…………………………………………………...….
14
I.2.2.6.6 Antioxidantes y anticorrosivos……………………………..........
15
I.2.2.6.7 Mejorador de viscosidad………………………………………....
15
I.2.2.6.8 Antiespumante…………………………………………………….
15
Capítulo II. Parte experimental……………………………………………...…
16
II.1 Materiales………………………………………………………………….
16
II.1.1 Equipos……………………………………..…………………………
16
II.1.2 Reactivos…………………………………..………………………….
16
II.2 Métodos……………………………………………………………………
17
II.2.1 Viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos…......
17
II.2.2 Determinación de la temperatura de inflamación…………………
17
II.2.3 Determinación de agua por destilación en productos del
petróleo y materiales bituminosos…………………………………………
18
II.2.4 Método de ensayo para la determinación del número de base
(BN) de los productos del petróleo por valoración potenciométrica con
ácido perclórico………………………………………………………………
18
II.2.5 Determinación de insolubles en n-heptano de aceites
lubricantes……………………………………………………………………
19
II.2.6 Determinación del residuo de carbón de los productos del
petróleo, por el método Conradson……………………………………….
19
II.2.7 Determinación del contenido de Hierro, Cobre, Cromo, Plomo y
Níquel en aceites usados, mediante Espectrometría de Absorción
Atómica con llama, por el método de conversión a cenizas………......
II.2.8
Preparación
de
las
muestras
para
la
20
determinación
espectrométrica por Infrarrojo…………………………………………......
22
II.2.9 Análisis estadístico…………………………………………………...
23
Capítulo III. Resultados y discusión………………………………………......
24
III.1 Análisis de los aceites lubricantes…………………………….............
24
III.1.1 Determinación de la viscosidad cinemática………………………
24
III.1.2 Determinación de la temperatura de inflamación………………...
26
III.1.3 Determinación de agua por destilación……………………………
27
III.1.4 Determinación del número de base (BN) por valoración
potenciométrica con ácido perclórico……………………………………..
28
III.1.5 Determinación de insolubles en n-heptano……………………….
31
III.1.6 Determinación de residuo de carbón por el método de
Conradson……………………………………………………………………
III.1.7
Determinación
del
contenido
de
metales
32
mediante
Espectrometría de Absorción Atómica con llama………………………..
35
III.2 Análisis estructural por Espectroscopía Infrarroja……………………
40
III.3 Análisis integral de los resultados obtenidos…………………………
44
III.4 Análisis económico………………………………………………………
45
Capítulo IV. Conclusiones y Recomendaciones……………………………..
47
IV.1 Conclusiones……………………………………………………………..
47
IV.2 Recomendaciones……………………………………………………….
47
Capítulo V. Referencias Bibliográficas………………………………………..
48
ANEXOS.
Introducción
Introducción.
Mediante los convenios de intercambio económico con la República de China, la
empresa cubana Astro, adquirió una flota de ómnibus destinados fundamentalmente al
transporte interprovincial. Para estos ómnibus, los fabricantes recomendaron
la
utilización de un lubricante, con una serie de características y parámetros especificados,
en correspondencia con la calidad del combustible diesel disponible; aceptando
solamente el cambio del aceite del motor a los 10 mil km recorridos. Esta distancia
resulta cuestionable a partir del nivel de calidad del aceite acordado, el cual según los
especialistas nacionales, debe tener reservas para recorridos mayores lo que evitaría
un excesivo e innecesario consumo de lubricantes.
En el presente trabajo se evalúa el comportamiento de los indicadores físico-químicos y
analíticos del aceite lubricante, durante el proceso de explotación del motor en el
ómnibus YUTONG, a la frecuencia de cambio de aceite aprobada por el fabricante de
los motores, así como a periodos incrementados, compatibles con los parámetros
condenatorios de los referidos indicadores, especificados para los mismos.
Por ello, el problema científico consiste en evaluar la calidad del lubricante para
extender su uso en los motores de los ómnibus YUTONG, sin necesidad de cambiarlo a
la distancia acordada inicialmente con el fabricante.
Se parte de la hipótesis de que si los valores de los indicadores de calidad del aceite
lubricante usado, obtenidos durante diferentes periodos, en condiciones de explotación
por carretera, se encuentran dentro de los intervalos correspondientes a los límites
condenatorios especificados, entonces el periodo de cambio de dicho aceite propuesto,
puede ser prolongado.
i
Introducción
Así, se ha establecido como objetivo general del trabajo:
•
Estudiar el comportamiento del aceite lubricante en condiciones de explotación
de los ómnibus Yutong, considerando un aumento del periodo de cambio tal, que
garantice la vida útil del motor.
Para cumplimentar este objetivo general se trazaron los siguientes objetivos
específicos.
•
Caracterizar las muestras del aceite lubricante, utilizado en condiciones de
explotación con recorridos de 10 mil, 20 mil y 30 mil kilómetros, mediante la
realización de los ensayos más representativos.
•
Realizar un análisis comparativo de los resultados de cada uno de los
indicadores de calidad ensayados.
•
Determinar la presencia del aditivo antioxidante-antidesgaste-antiherrumbre, en
el aceite lubricante, a los diferentes tiempos de recorrido, mediante la técnica de
Espectroscopia Infrarroja.
ii
Revisión Bibliográfica
Capítulo I. Revisión Bibliográfica.
I.1 Generalidades sobre el petróleo.
I.1.1 Evolución histórica.
El petróleo se ha encontrado, fundamentalmente, en formaciones correspondientes a
las eras paleozoicas y mesozoicas, o sea, en el periodo de edad de la Tierra,
correspondiente a su edad antigua y a su edad media respectivamente. Se le encuentra
en los poros de las rocas sedimentarias: arenas, dolomitas, calizas. Existen dos
hipótesis científicas que tratan de explicar la formación del petróleo: la hipótesis
inorgánica y la orgánica.(1)
•
Teoría inorgánica.
Según esta hipótesis, los dos elementos que constituyen el petróleo (carbono e
hidrógeno) se combinaron, según las leyes naturales que rigen las transformaciones
químicas, dando lugar al producto aceitoso conocido como petróleo. Esta hipótesis se
hace insostenible científicamente ya que no se ha podido lograr la síntesis del petróleo,
así como tampoco se puede explicar por qué el mismo aparece, fundamentalmente, en
las rocas sedimentarias.
•
Teoría orgánica.
Según la teoría más aceptada, el origen del petróleo y del gas natural, es de tipo
orgánico-sedimentario. Esta teoría señala que el petróleo es el resultado de un
complejo proceso físico-químico en el interior de la tierra, en el que, debido a las altas
presiones y temperaturas, se produjo la descomposición de enormes cantidades de
materia orgánica que luego se convirtieron, entre otros materiales, en petróleo y gas.
Esa materia orgánica está compuesta fundamentalmente por el fitoplancton y el
zooplancton marinos, además por vegetales y animales superiores, todo lo cual se
acumuló en el fondo de los grandes lagos y en el lecho de los mares. Sobre esa materia
orgánica se depositaron mantos sucesivos de arenas, arcillas y otros sedimentos que
1
Revisión Bibliográfica
arrastraron los ríos y el viento, todo lo cual conformó lo que geológicamente como
formaciones sedimentarias. Entre esos mantos sedimentarios ocurrió el fenómeno
natural que dio lugar a la creación del petróleo y el gas natural.
I.1.2 Composición.
El petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos en los tres estados físicos (gas,
líquido y sólido), formando un material homogéneo más o menos fluido, cuyo color varía
del pardo claro al marrón oscuro o negro. Es una sustancia oleosa bituminosa,
inflamable, menos densa que el agua y de olor característico. Además contiene,
compuestos azufrados, oxigenados, nitrogenados, sales de metales tales como
vanadio, níquel y sodio y cantidades variables de agua, consideradas impurezas que
afectan su calidad.(2)
Composición elemental (% masa).
•
Carbono (84-87)
•
Hidrógeno (11-14)
•
Azufre (0.3-5.0)
•
Oxígeno (0-0.1)
•
Nitrógeno (0-0.1)
•
Sales Minerales (0-0.1)
•
Agua (muy variable)
I.1.3 Clasificación.
Según su contenido relativo de hidrocarburos básicos o predominantes,(2) se clasifican
químicamente en:
2
Revisión Bibliográfica
•
Crudo de base parafínica. Contienen poco o ninguno material asfáltico,
constituyendo buenas fuentes de cera parafínica, aceites lubricantes de alta
calidad y queroseno de alto grado.
•
Crudo de base asfáltica. Contienen poca o ninguna cera parafínica y un residuo
primariamente asfáltico. Estos crudos son, particularmente, adecuados para
producir gasolina de alta calidad, aceites lubricantes y asfalto.
•
Crudo de base mixta. Contienen considerables cantidades de los hidrocarburos
parafínicos y nafténicos, junto con cierta proporción de aromáticos.
I.1.4 Impurezas características.
Toda sustancia contenida en el petróleo, que no sea hidrocarburo, se considera como
impureza, cuya presencia ejerce en mayor o menor grado, un efecto nocivo durante el
proceso de refinación y en la calidad de los productos terminados.(2) Algunas de las
principales impurezas presentes en el crudo son:
•
Azufre y sus compuestos. Constituyen las impurezas más indeseables y dañinas
que acompañan al petróleo. Se encuentran en los crudos en cantidades que
varían de 0.3 a 5 %.
•
Compuestos oxigenados. Se presentan en forma de alcoholes, ésteres, fenoles,
cetonas y ácidos orgánicos. Estos últimos son los más perjudiciales y pueden
encontrarse de 0.1 a 3 %.
•
Compuestos nitrogenados. Rara vez pasan de 0.1 % en peso.
•
Sales. El tipo de sal referida, en este caso, son las formadas por el ión cloruro,
en forma de cloruro de sodio (NaCl), cloruro de magnesio (MgCl2) y cloruro de
calcio (CaCl2). Estas sales se encuentran en cantidades variables, dependiendo
del lugar del que se extraiga el crudo de la tierra.
•
Cenizas metálicas. Son compuestos que se encuentran en todos los crudos en
distintos porcentajes (0.1 % regularmente).
3
Revisión Bibliográfica
•
Agua. Se encuentra en los crudos en cantidades muy variables, llegando en
ocasiones a alcanzar 30 % masa, la cual es reducida después de su
deshidratación hasta un 1 %.
I.1.5 Fracciones fundamentales.
El crudo es una materia prima, de la cual pueden obtenerse múltiples y diferentes
productos, incrementados continuamente por estudios científicos.
Se conoce que el crudo está formado por mezclas de muchos y variados hidrocarburos.
La descomposición de estas mezclas en fracciones, se consigue por medio de un
proceso llamado "destilación fraccionaria". En la destilación se utiliza el calor
únicamente, para separar las distintas fracciones del crudo, según sus diferentes
temperaturas de ebullición, las cuales son extraídas desde diferentes niveles en las
torres de fraccionamiento.
Para conseguir esta separación de las fracciones del crudo se pueden necesitar varias
destilaciones, primarias y secundarias. Las distintas fracciones del crudo pueden ser
convertidas o cambiadas a otros productos deseados mediante procesos químicos de
conversión.
Un proceso químico de conversión se diferencia de la destilación en que: el proceso
químico cambia la estructura molecular de los hidrocarburos, mientras que la
destilación, solamente, separa un crudo en sus componentes básicos sin cambios
químicos. En lo fundamental, es un proceso físico.
Las fracciones básicas de una mezcla de crudo,(2) obtenida por destilación, se
relacionan a continuación:
•
Gas.
•
Naftas.
4
Revisión Bibliográfica
a) Nafta ligera (se emplea como solvente o como componente de gasolina).
b) Nafta pesada (se fracciona en queroseno o se envía a reformación catalítica para
mejorar el octanaje y para mezclar en la preparación de gasolina).
• Queroseno (turbo combustible).
• Gasóleos (combustibles Diesel).
a) Gasóleo ligero (combustible Diesel o inyecto a craqueo catalítico para la
obtención de gasolina).
b) Gasóleo pesado (inyecto a craqueo catalítico para gasolina, o combustible
industrial, o aceite lubricante).
•
Destilados para lubricación (aceites lubricantes).
•
Fondos (residuos).
a) Existencia de aceite lubricante pesado.
b) Combustible pesado para marina o industrias.
c) Existencia de inyecto de asfalto para la unidad de vacío.
I.2 Lubricantes.
El rápido desarrollo de la técnica moderna, con el constante incremento de las cargas
y velocidades en los puntos de fricción de los distintos mecanismos: tractores, aviones,
automóviles, maquinarias agrícolas e industriales, submarinos, etc., sería imposible sin
la utilización de los lubricantes que correspondan a las muy diversas y frecuentemente
contradictorias exigencias. La función principal de los lubricantes es disminuir la
fricción y el desgaste de las piezas y con ello prolongar el tiempo de vida útil de las
máquinas.
I.2.1 Clasificación.
Los lubricantes se clasifican, según su estado físico (3) en:
•
Gaseosos. Este tipo de lubricante se aplica principalmente en condiciones de
pequeñas cargas y temperaturas elevadas, donde no es posible emplear otro tipo
5
Revisión Bibliográfica
de lubricante. Durante el trabajo del mecanismo, entre los pares de fricción se
forma un colchón de gas o de vapores inyectados a presión, el cual evita el
contacto entre ellos a fin de reducir la fricción y el desgaste. Ejemplos de ellos
son algunos gases reactivos tales como los halógenos de metano y de etano.
•
Líquidos. Los constituyen fundamentalmente los aceites lubricantes, los cuales
ocupan sin discusión el primer lugar en el volumen de producción (más del 90 %
de todos los lubricantes). Se aplican ampliamente en compresores, máquinas de
vapor, turbinas, reductores, hidráulicos, para transferencia térmica, aisladores
eléctricos (de transformadores) y otros. La mayor parte de estos se consume en
los motores de combustión interna.
•
Semisólidos. También conocidos como grasas plásticas lubricantes; presentan
una textura suave, suficientemente densa y de consistencia espesa, se
comportan como fluidos pseudo-plásticos. Por su producción ocupan un segundo
lugar (5 % de los aceites lubricantes).
•
Sólidos. Son sustancias que presentan propiedades tales que permiten la
sustitución de la fricción seca por la fluida. Se clasifican en función de su
estructura, en los siguientes grupos:
9 Películas superficiales formadas por ataque químico. Aditivos Extrema
Presión fósforo-azufre (EP PS).
9 Lubricantes sólidos con estructura laminar. Mica, grafito y disulfuro de
molibdeno.
9 Lubricantes sólidos sin estructura laminar. Óxidos de molibdeno y
wolframio (MoO3 y WO3).
9 Películas plásticas. Politetrafluoroetileno (Teflón) y otros polímeros.
9 Películas metálicas. Metal Babbit (aleación de Pb, Cu, Sn, In) y plata.
I.2.2 Lubricantes derivados del petróleo.
No fue hasta el comienzo de la era industrial (1886) que se reconoció de manera
general la importancia de la lubricación, fueron los análisis de Osborn Reynolds los que
iniciaron la investigación. Desde entonces a la fecha, los lubricantes fluidos, entre ellos
6
Revisión Bibliográfica
los derivados del petróleo han ido ocupando un lugar predominante en el campo de la
lubricación. Estos son mezclas complejas de hidrocarburos obtenidos a partir de un
número relativamente pequeño de aceites básicos, que son fracciones derivadas del
petróleo crudo obtenidos en la destilación al vacío, del rango de C20H42 y más pesados,
mezclados con menores proporciones de hidrocarburos más ligeros.(2)
I.2.2.1 Composición.
Los lubricantes comerciales, están constituidos por 70 a 90 % de aceites básicos, los
cuales pueden ser de origen mineral o sintético y por 10 a 30 % de sustancias
denominadas aditivos.(4)
Las bases minerales se obtienen por destilación del crudo de petróleo. Se logran
diferentes bases en función del corte de la destilación y de la procedencia geográfica
del crudo. Estos cortes de aceites básicos, tienen que ser refinados previamente a
través de diferentes procesos.
Los aceites básicos sintéticos, son fluidos lubricantes obtenidos a partir de
componentes químicos, bajo condiciones específicas y su naturaleza sintética permite
ser diseñados con mayor precisión, por procesos de polimerización. Las moléculas
tienen estructura idéntica, por lo que sus características responden de forma más
aproximadas a las necesidades requeridas por el fabricante de los mecanismos. Existen
varios tipos de base sintéticas,(2) tales como: ésteres (de fosfatos, de ácidos, de
silicatos), poliglicol, silicones, entre otras.
I.2.2.2 Formulación.
Los procesos a seguir para la fabricación de las disímiles gamas de aceites
lubricantes,(5) son los siguientes:
7
Revisión Bibliográfica
•
Los aceites básicos previamente tratados con los distintos tipos de refino, pasan
a la planta de mezclas.
•
Se efectúa las mezclas de estos aceites básicos, para obtener las viscosidades y
calidades requeridas.
•
Se complementan sus características incorporando a aquellos que lo requieran,
los diversos tipos de aditivos de acuerdo con su aplicación y posterior servicio.
I.2.2.3 Principales funciones.
La lubricación es necesaria e imprescindible para la operación de todas las
maquinarias; sin lubricación no funcionan y si lo hacen es por poco tiempo antes de
arruinarse.
Un lubricante debe cumplir múltiples funciones,(6,7) tales como:
•
Disminuir la fricción, separando las superficies móviles en contacto, lográndose
una reducción del desgaste de dichas superficies.
•
Evitar la corrosión, protegiendo las superficies contra las sustancias corrosivas.
•
Controlar la temperatura, ya que absorbe y transfiere calor.
•
Atenuar la contaminación al transportar partículas y otros contaminantes a los
filtros/separadores.
•
Transmitir potencia; en hidráulicos transmite fuerza, movimiento.
I.2.2.4 Propiedades necesarias.
Algunas de las propiedades más importantes para un desempeño satisfactorio de un
lubricante,(8) teniendo en cuenta su función son:
1. Baja volatilidad en condiciones de operación. Las características de volatilidad son
inherentes a la selección del aceite básico para un tipo particular de servicio y no
pueden ser mejoradas por el uso de aditivos.
8
Revisión Bibliográfica
2. Características de flujo satisfactorias en el rango de temperatura de trabajo. Estas
características dependen grandemente de la selección del aceite básico; sin embargo
se pueden mejorar mediante el uso de depresores del punto de escurrimiento y
modificadores de viscosidad. Los primeros mejoran las características de fluencia a
bajas temperaturas, mientras que los últimos lo hacen con la viscosidad a alta
temperatura.
3. Estabilidad superior o habilidad para mantener características deseables por un
período razonable de uso. La estabilidad de los lubricantes es afectada por el ambiente
en el cual opera. Factores tales como la temperatura, potencial de oxidación y
contaminación con agua, combustible no quemado, ácidos corrosivos y sustancias
extrañas, limitan su vida útil. Mientras estas características dependen en un mayor
grado del aceite básico, se asocian primordialmente con el agregado de aditivos, que
mejoran las propiedades del lubricante en esta área.
4. Compatibilidad con otros materiales del sistema. La compatibilidad de los lubricantes
con sellos, rodamientos, embragues, etc., puede ser también parcialmente asociada
con el aceite básico. Sin embargo, los aditivos químicos pueden tener una mayor
influencia en tales características.
I.2.2.5 Análisis de los aceites lubricantes.
La calidad de los aceites lubricantes viene dada por el cumplimiento de un número de
indicadores físicos y químicos, los cuales son especificados por cada fabricante de
equipos. En determinados casos, según lo requiera el estudio del lubricante, se pueden
realizar ensayos tales como, densidad, color, puntos de niebla, de fluidez y de fuego,
dilución, espuma, contenido de azufre, cenizas, estabilidad a la oxidación, corrosión,
número de ácido e índice de viscosidad.(9,10) Además de estos, se realizan otros
ensayos de mayor importancia para el presente trabajo, los cuales son descritos
brevemente a continuación.
9
Revisión Bibliográfica
I.2.2.5.1 Viscosidad.
La viscosidad es la propiedad más importante de un aceite lubricante. Es la medida de
la fricción o resistencia al desplazamiento de las moléculas de una sustancia, es decir,
mide sus características de flujo. Esta se utiliza para clasificar y seleccionar los
lubricantes con respecto a su aplicación particular y por tanto en el control de su
producción.
I.2.2.5.2 Agua.
La presencia de agua en los aceites lubricantes es indeseable y se considera al igual
que los sedimentos o sustancias extrañas, como contaminantes. La determinación del
contenido de agua de los productos del petróleo es importante en la refinación, compra,
venta y transferencia de productos.
I.2.2.5.3 Residuo de carbón.
Se conoce que los derivados del petróleo son mezclas de un número ilimitado de
hidrocarburos que difieren ampliamente en sus propiedades físicas y químicas. Muchos
de estos productos del petróleo al calentarse pueden ser vaporizados a presión
atmosférica sin dejar un residuo apreciable; pero otros menos volátiles, dejan un
residuo carbonoso bajo las mismas condiciones.
A este residuo se le denomina carbón residual. Un alto porcentaje del mismo, indica la
tendencia del aceite a dejar depósitos de carbón en las partes calientes del motor
durante su empleo, lo cual acarrea los perjuicios de obstrucción y tupición de conductos
y adherencia a las superficies, entre otros.
10
Revisión Bibliográfica
I.2.2.5.4 Punto de inflamación.
Es la temperatura más baja, a la cual los vapores desprendidos del lubricante al
calentarse este y mezclados con el oxígeno del aire, se inflaman momentáneamente al
ponerse en contacto con una llama o chispa. Este es un importante indicador de
seguridad.
I.2.2.5.5 Insolubles.
La calidad de los aceites lubricantes se deteriora, tanto por contaminación con
productos externos, fundamentalmente de la combustión, como por compuestos
formados por procesos de oxidación, favorecidos por los cambios de temperatura y por
la acción catalítica de algunos metales, como el hierro y el cobre. Estas impurezas son
determinadas en presencia de un solvente en el cual son insolubles, de ahí su
denominación.
I.2.2.5.6 Número de base.
Los aceites nuevos y usados pueden contener constituyentes básicos que son
aportados por los aditivos. La cantidad de estas sustancias se denomina Número de
Base (BN) y da una medida del potencial alcalino del aceite. Se utiliza para valorar el
comportamiento del lubricante en servicio, frente a la contaminación por ácidos
originados durante la combustión.
I.2.2.5.7 Contenido de metales.
Como consecuencia de la fricción y el desgaste de las piezas del motor, en el aceite
lubricante se van acumulando partículas metálicas que constituyen impurezas. El
conocimiento del contenido de estos contaminantes, permite estimar si el aceite está
cumpliendo correctamente su función.
11
Revisión Bibliográfica
I.2.2.6 Aditivos para lubricantes.
Las exigencias de la lubricación de los equipos modernos y las grandes máquinas en
general, así como los motores de combustión interna de muy altas revoluciones y
pequeño cárter, obliga a reforzar las propiedades intrínsecas de los lubricantes,
mediante la incorporación de aditivos químicos, generalmente en pocas cantidades. El
hecho de que con pequeñas porciones de estos compuestos, se modifique
profundamente el comportamiento de los aceites, ha propiciado la generalización de su
empleo. Por tanto, como se mencionó anteriormente, en la formulación de un aceite
lubricante, es imprescindible el uso de aditivos, con el fin de mejorar las propiedades
naturales de un lubricante o conferirle otras que no poseen y que son necesarias en
dependencia del uso que tendrá el mismo.(11)
I.2.2.6.1 Generalidades de los aditivos.
Los aditivos se incorporan a los aceites en muy diversas proporciones, desde partes por
millón hasta un 20 por ciento m/m, en dependencia del nivel de calidad requerido para
lubricante. Cada aditivo tiene una función principal que cumplir y otras secundarias.
Naturalmente, los aditivos deben ser solubles en el aceite base, y el efecto que le
confiere es, en algunos casos, peculiar para el aceite al cual se incorpora, o sea, que un
aditivo que es efectivo en un aceite puede no serlo, al menos en el mismo grado, en
otro. A esta propiedad se le puede denominar susceptibilidad del aceite para con el
aditivo.
Al formular un aceite con un paquete de aditivos, se tiene muy en cuenta el
comportamiento de los distintos aditivos entre sí. Su compatibilidad es una
característica imprescindible. Se lo conoce como efecto sinérgico al reforzamiento de la
acción propia de un aditivo por las acciones parciales de otros. En mezcla con el aceite,
dos o más aditivos son compatibles si no dan lugar a reacciones que formen
compuestos indeseables, o que mermen considerablemente, o anulen los efectos que
12
Revisión Bibliográfica
se persiguen. Por todo lo expuesto, se comprende que cuando sea necesario reponer el
nivel en un sistema que contenga aceite aditivado, se utilice siempre el mismo que se
está usando. Conforme los aditivos se van degradando con el uso, el aceite va
perdiendo sus propiedades iniciales por lo que es necesario respetar los periodos
estipulados para su renovación.(9, 11)
I.2.2.6.1 Clasificación.
Los aditivos pueden ser clasificados según su función en el aceite básico, en dos
grupos fundamentales:
1. Reforzamiento de las propiedades existentes.
9 Antioxidantes.
9 Inhibidores de corrosión.
9 Agentes antiespumantes.
9 Agentes deemulsificantes.
9 Depresores del punto de congelación.
9 Mejoradores del Índice de Viscosidad.
9 Antiherrumbre.
2. Suministro de nuevas propiedades.
9 Aditivos de Extrema Presión (EP).
9 Detergentes.
9 Dispersantes.
9 Desactivadores de metales.
9 Agentes de adhesividad.
I.2.2.6.1 Funciones principales de los aditivos.
En la formulación del aceite lubricante para motor (Extra Diesel 15W40 nivel API CH/4)
analizado en el presente trabajo, se emplean dos aceites básicos y un paquete de
13
Revisión Bibliográfica
aditivos
(premezcla
de
diferentes
sustancias
debidamente
balanceadas
en
correspondencia con las exigencias del nivel de calidad correspondiente), el cual
contiene:
9 Detergentes (Ej.: Salicilatos, sulfonatos, fenatos, sulfofenatos).
9 Dispersantes (Ej.: Copolímeros de derivados de ácidos acrílicos o metacrílicos
que contienen grupos polares, tales como aminas, amidas, iminas, imidas,
hidroxilo, éter, etc).
9 Antioxidantes (Ej.: Compuestos fenólicos, compuestos aromáticos nitrogenados,
terpenos fosfosulfurados).
9 Anticorrosivos (Ej.: Fosfitos orgánicos, olefinas sulfuradas; ditiofosfatos de zinc).
9 Mejorador de viscosidad (Ej.: Polimetacrilatos, copolímeros de etileno-propileno,
copolímeros de estireno–dienos, copolímeros de estireno-éster).
9 Antiespumante (Ej.: Metil siliconas y polímeros orgánicos).
A continuación se explicará brevemente la función de cada uno de ellos.(8)
I.2.2.6.1.1 Detergentes.
Los aditivos detergentes son aquellos productos capaces de evitar o reducir la
formación de depósitos carbonosos, en las ranuras del conjunto de aro-pistón de los
motores de combustión interna, cuando operan a altas temperaturas; así como la
acumulación de depósitos en las faldas del pistón, guías y vástagos de válvulas. Estos
actúan además, como aditivos antiácidos debido a que poseen grupos básicos, capaces
de neutralizar los ácidos que se originan como consecuencia de la combustión.
I.2.2.6.1.2 Dispersantes.
Los aditivos dispersantes son sustancias químicas, capaces de mantener dispersas las
partículas contaminantes e indeseables presentes en el aceite, tales como polvo, hollín,
carbonilla, trazas metálicas, etc., previniendo su aglomeración, asentamiento y
deposición en las superficies de trabajo de los motores.
14
Revisión Bibliográfica
I.2.2.6.1.3 Antioxidantes y anticorrosivos.
Para proteger contra la corrosión a los materiales sensibles e impedir las alteraciones
internas que pueda sufrir el aceite por envejecimiento y oxidación, se ha acudido a la
utilización de aditivos anticorrosivos y antioxidantes. Estas dos funciones de protección
al metal y al lubricante casi siempre son ejercidas por un mismo producto. En los
aceites para motores no hay necesidad de emplear aditivos antiherrumbre, puesto que
esta función, la cumple el aditivo antioxidante-anticorrosivo que se emplee.
I.2.2.6.1.4 Mejorador de viscosidad.
La temperatura ejerce gran influencia sobre la viscosidad de los aceites lubricantes, es
decir, esta disminuye al aumentar la temperatura y viceversa. Dicha dependencia se
relaciona mediante el parámetro empírico Índice de Viscosidad (IV). En los motores, las
variaciones de la temperatura pueden llegar hasta 200°C, por lo que se hace necesario
el empleo de sustancias espesantes, mejoradoras del IV, con el objetivo de reducir al
mínimo dicha variación.
I.2.2.6.1.5 Antiespumantes.
Si un aceite es sometido a una acción de batido o agitación violenta, en presencia de
aire, este último queda ocluido en forma de burbujas, las cuales tienden a subir a la
superficie, formando espuma más o menos persistente. Las burbujas de mayor tamaño
se rompen con más facilidad que las pequeñas, en estos procesos de rotura, la tensión
superficial del aceite juega un papel determinante. En los aceites minerales puros, de
por sí, este proceso ocurre con dificultad, debido al gran espesor de la pared de la
burbuja que les confiere la película lubricante, de ahí la necesidad de emplear aditivos
antiespumantes, los cuales actúan fundamentalmente disminuyendo la estabilidad de la
espuma que se va formando, impidiendo su crecimiento.
15
Parte Experimental
Capítulo II. Parte Experimental.
II.1 Materiales.
II.1.1 Equipos.
•
Equipo Pensky Martens semiautomático HERZOG.
•
Viscosímetro capilar OSTWALD, en baño termostático.
•
Baño termostático CANNON.
•
Plancha de calentamiento con control de la temperatura COMBIPLAC.
•
Agitador magnético METROHM.
•
Titroprocesador METROHM.
•
Campana de extracción MDS-16.
•
Microcentrífuga B&T.
•
Balanza analítica SARTORIUS, con tara máxima de 300 g y precisión 0.1 mg.
•
Horno mufla CHOA, con temperatura máxima de 1100ºC.
•
Espectrofotómetro de absorción atómica GBC modelo AVANTA∑.
II.1.2 Reactivos.
•
Clorobenceno (C6H5Cl), calidad reactiva
•
Ácido acético glacial (CH3COOH), calidad reactiva.
•
Ácido perclórico (HClO4), p.a.
•
Ácido clorhídrico (HCl), calidad reactiva.
•
Ácido nítrico (HNO3), calidad reactiva.
•
Perclorato de sodio (NaClO4), p.a.
•
Carbonato de sodio anhidro (Na2CO3), p.a.
•
Tolueno (C6H5CH3), calidad reactiva.
•
n-heptano (n-C7H16), calidad reactiva.
•
Disoluciones patrones acuosas (100 mg/L) de los elementos cobre, cromo,
plomo, hierro y níquel.
16
Parte Experimental
II.2 Métodos.
En muy importante tener en cuenta que antes de la realización de cualquier ensayo a
las muestras de aceite usado, se requirió, una agitación vigorosa, asegurando de este
modo la homogeneidad en las mismas, para lograr que los resultados se correspondan
con la muestra original, o sea, que sean representativos de esta.
II.2.1 Viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos.
En la determinación se utilizó un viscosímetro capilar de Ostwald (de flujo inverso),
sumergido en un baño termostático a temperatura especificada. Con la muestra
fluyendo libremente, se midió el tiempo requerido para el pase del menisco entre el
primer y segundo aforo del viscosímetro. La viscosidad cinemática del aceite usado, se
calculó por la ecuación 1, la cual relaciona el tiempo medido (t), expresado en
segundos, con la constante del viscosímetro (C). Este ensayo(12) fue realizado a
temperatura cercana a la ambiental y a la de trabajo del motor, o sea, a 40 y 100°C
respectivamente.
ν = t ∗C
ecuación 1
II.2.2 Determinación de la temperatura de inflamación.
La determinación de la temperatura de inflamación
(12)
se realizó en un equipo de copa
cerrada, Pensky Martens, semiautomático. El crisol fue llenado con la muestra de
ensayo, hasta el nivel indicado por el aforo, se cerró con la tapa y situó en el baño de
aire del equipo. Luego de colocar el termómetro, se encendió el piloto con la llama
regulada de forma tal, que su diámetro no excediera 4 mm. El calentamiento de la
muestra se controló de manera, que la velocidad de elevación de la temperatura fuese
de 4 a 6°C por minuto. Al mismo tiempo se conectó el agitador, con una velocidad entre
90 y 120 r.p.m. El ensayo se realizó hasta alcanzar una temperatura, inferior en 17°C a
la del punto de inflamación esperado. Una vez alcanzada esta temperatura, se continuó
calentando, introduciéndose cada 2°C, la llama del pivote en el crisol. Como
17
Parte Experimental
temperatura de inflamación se tomó la que indicó el termómetro en el momento que
apareció la primera llama azul clara sobre la superficie del producto.
II.2.3 Determinación de agua por destilación en productos del petróleo y
materiales bituminosos.
Este método se emplea para la determinación del contenido de agua en los productos
derivados del petróleo,(12) desde 0.05 a 25 % volumen/volumen.
La muestra se mezcló con un solvente inmiscible en agua, con punto de ebullición
cercano al de esta, se calentaron y reflujaron. Ambos condensados fueron separados
continuamente en una trampa, donde el agua se asienta en la sección graduada de la
misma y el solvente retorna al balón.
Para el análisis se partió de 100 mL de muestra con 100 mL de tolueno como solvente,
se añadieron al balón algunas perlas de vidrio para evitar el “bumping”. Una vez
montados los componentes del equipo y seleccionada la trampa adecuada (2 mL) de
acuerdo con el contenido de agua esperado, se procedió a la destilación. Se aplicó
calor al balón ajustando la velocidad de ebullición de manera que el destilado
descargue del condensador a una velocidad de 2-5 gotas / segundos. La destilación se
prosiguió mientras hubo agua visible en el aparato, excepto en la trampa y el volumen
de esta permaneció constante durante 5 minutos. Una vez completada la destilación, la
trampa se dejó enfriar a temperatura ambiente. Las gotas que quedaron adheridas a las
paredes de la trampa, se arrastraron hacia el fondo con una varilla de acero inoxidable.
Se tomó la lectura del volumen de agua en la trampa.
II.2.4 Método de ensayo para la determinación del número de base (BN) de los
productos del petróleo por valoración potenciométrica con ácido perclórico.
La cantidad de muestra pesada dependerá del número de base inicial esperado para el
aceite nuevo (10-13.6 mg KOH/g), en este caso se debe pesar 0.83 g, pero como el
18
Parte Experimental
valor de BN disminuye respecto al inicial, al tratarse de un aceite usado, se pesó 1.5 g
de muestra para llevar a cabo el ensayo.(12) Luego se disolvió en 40 mL de
clorobenceno y 20 mL de ácido acético y valoró con una solución 0.1 N de ácido
perclórico en ácido acético, previamente estandarizada. Se utilizó un electrodo indicador
de vidrio y otro de Calomel como referencia. El valor de BN se obtuvo directamente en
el Titroprocesador, expresado equivalentemente en mg KOH/g.
II.2.5 Determinación de insolubles en n-heptano de aceites lubricantes.
Para el ensayo
(12)
se tomó 1 g de muestra aproximadamente pesado en un tubo de
centrífuga, después se añadió una mezcla de alcohol, agua y n-heptano hasta
completar el nivel requerido. Se centrifugó por 5 minutos a una velocidad de 600 a 700
r.p.m., se decantó el exceso de solvente y repitió el proceso descrito hasta que el
solvente quedó transparente, es decir, que no hubiese evidencias de sustancias
disueltas en el mismo. Posteriormente de eliminado el solvente, el residuo se puso a
secar en la estufa durante 30 minutos a una temperatura de 100 a 105°C, después se
colocó en una desecadora por 30 minutos. Se pesó el tubo de ensayo.
La cantidad de insoluble fue calcula por la ecuación siguiente:
% insoluble = m r
mm
∗ 100
ecuación 2
donde:
mr : es la masa del residuo.
mm : es la masa de la muestra inicial.
II.2.6 Determinación del residuo de carbón de los productos del petróleo, por el
método Conradson.(12)
Se pesaron 5 mg de muestra en un crisol de porcelana, el mismo se colocó dentro de
un crisol de hierro y sometido a calentamiento severo durante 15 minutos. Cuando los
19
Parte Experimental
vapores se combustionaron y no se observó humo azul, se reajustó el quemador y
mantuvo el calor hasta que el crisol de hierro se puso al rojo vivo, manteniéndolo
durante 10 minutos más. Luego se retiró el quemador, se extrajo el crisol de porcelana y
colocado en la desecadora, se enfrió y se pesó. El resultado se determinó según la
fórmula:
( W )∗100
Residuo de carbón (% ) = A
ecuación 3
donde:
A : masa del carbón residual (g)
W : masa de la muestra (g)
II.2.7 Determinación del contenido de Hierro, Cobre, Cromo, Plomo y Níquel en
aceites usados, mediante Espectrometría de Absorción Atómica con llama, por el
método de conversión a cenizas.
La Espectrometría de Absorción Atómica (EAA) es una técnica de análisis instrumental
de amplia aplicación, selectividad y sensibilidad, capaz de detectar y determinar
cuantitativamente, muchos elementos metálicos, aún cuando estos se encuentran en
ínfimas cantidades (trazas).(13)
En el presente trabajo se recurre a la referida técnica, con el objetivo de determinar el
contenido de metales tales como: hierro, cobre, cromo, plomo y níquel, en las muestras
de aceites lubricantes, los cuales lo contaminan como consecuencia del desgaste de
los pares de fricción
(14)
y se encuentran, generalmente, en por cientos bajos cuando el
aceite ha cumplido eficientemente su función lubricante. Este análisis
(15)
es aplicable
en aceites usados, cuyos contenidos de metales se encuentran dentro de los intervalos
reportados en la tabla 1.
20
Parte Experimental
Tabla 1. Rangos de trabajo para la determinación de Fe, Cu, Cr, Pb y Ni en aceites
usados.
Elemento
Rango óptimo de trabajo
(mg/L)
Concentración
característica (mg/L)
Fe
0.5 - 9
0.05
Cu
1-5
0.025
Cr
0.5 - 15
0.05
Pb
1-6
0.16
Ni
1-4
0.12
Para el procesamiento se pesaron 10 g de muestra en un beaker de vitrosil, se colocó
en la plancha de calentamiento e incrementó la temperatura moderadamente hasta la
desaparición de la fase líquida y la emisión de humo. Luego de incinerado con un
mechero y colocado en la mufla se aumentó la temperatura a intervalos de 100o C hasta
alcanzar los (525 ± 25)°C, estas condiciones se mantuvieron durante 24 horas para
eliminar toda la materia carbonosa. Las cenizas obtenidas se enfriaron a temperatura
ambiente y disolvieron con 10 mL de ácido clorhídrico (37 %) diluido 1:1 y gotas de
ácido nítrico concentrado. Se calentó ligeramente para facilitar la disolución del residuo
inorgánico. Posterior al trasvase cuantitativo a un frasco volumétrico de 100 mL, se
enrasó con agua destilada.
El blanco fue preparado en paralelo, por el mismo procedimiento, usando igual
cantidades de todos los reactivos como en la muestra, pero remplazando la porción de
ensayo con agua.
La curva de calibración se preparó tomando diferentes alícuotas a partir de la disolución
patrón de 100 mg/L de cada uno de los elementos, según el rango de concentraciones
especificadas en la tabla 1.
Después de listas las disoluciones de las muestras, se realizaron las mediciones en el
Espectrómetro de Absorción Atómica, teniendo en cuenta los parámetros operacionales
21
Parte Experimental
indicados en la tabla 2. Con los valores obtenidos en el equipo, se calculó el contenido
de cada elemento según la ecuación 4.
Contenido metálico (µg/g ) = ⎡(C ∗ V ∗ FD ) ⎤
M ⎥⎦
⎢⎣
ecuación 4
donde:
C : Concentración del elemento en µg/mL, (lectura tomada del software del equipo,
según gráfico de calibración Absorbancia vs. Concentración).
V : Volumen tomado de muestra (mL).
FD : Factor de dilución.
M : Peso de muestra (g).
Tabla 2. Condiciones de trabajo del equipo de Absorción Atómica.
Corriente Tiempo Número
Longitud Tipo Ancho
Corrección
de
de
Lámpara Lectura
Elemento de Onda
Slit
Background
Llama (nm)
Réplicas
(s)
(mA)
(nm)
Fe
248.3
AireAcet.
0.2
D2
7.0
3
3
Cu
324.7
AireAcet.
0.5
-
3.0
3
3
Cr
357.9
N2OAcet.
0.2
-
6.0
3
3
Pb
283.3
AireAcet.
0.5
D2
5.0
3
3
Ni
341.5
AireAcet.
0.2
D2
4.0
3
3
D2: Lámpara de Deuterio
II.2.8 Preparación de las muestras para la determinación espectométrica por IR.
Con el propósito de determinar las posibles variaciones que ocurren en el aceite
lubricante, durante el periodo de explotación de los equipos, se realizó un análisis
22
Parte Experimental
estructural de las muestras, mediante la obtención de espectros por la técnica de
infrarrojo. Estas se analizaron en un Espectrofotómetro FTIR modelo Génesis de
Mattson, utilizando la técnica de entre ventana de NaCl. El procesamiento de los
espectros se realizó con el software OMNIC de NICOLET.
II.2.9 Análisis estadístico.
El análisis estadístico fue realizado con el paquete Statgraphics Plus 5.1, utilizando en
cada caso la prueba de hipótesis necesaria y el criterio y/o parámetro correcto. La tabla
3, muestra todas las pruebas de hipótesis empleadas en el estudio, con sus respectivos
criterios de selección.
Tabla 3. Pruebas de hipótesis.
Hipótesis
H0
H1
PH-1
datos ∈ N (µ,σ2)
datos ∉ N (µ,σ2)
PH-2
X=P
X≠P
PH-3
X≥P
X<P
PH-4
X≤P
X>P
PH-5
µX = µP
µX ≠ µP
PH-6
σ E2 = σ D2
σ E2 ≠ σ D2
Condición de aceptación de PH
p>α
p<α
23
Resultados y Discusión
Capítulo III. Resultados y discusión.
Para dar cumplimiento a los objetivos propuestos en el presente trabajo, se realizaron
los ensayos a las muestras de aceite usado, tomadas de los motores de los ómnibus, a
diferentes periodos de cambio, es decir a 10 000 kilómetros recorridos y con
incrementos hasta 20 000 y 30 000 kilómetros.
Para determinar la efectividad del aceite lubricante en condiciones de explotación, se
realiza un monitoreo del comportamiento de aquellos indicadores que más inciden en
ella, es decir, viscosidad (a temperaturas cercanas a la ambiente y a la de trabajo del
motor), número de base, punto de inflamación, tendencia a la formación de carbón,
contenido de insolubles y presencia de agua, así como el contenido de metales de
desgaste, comparando los resultados obtenidos con los parámetros condenatorios
establecidos por los fabricantes de los motores,(16) relacionados a continuación:
9 Viscosidad. Debe corresponder al rango de ± 25 % del valor inicial.
9 Número de base. Se admite un valor residual ≥ 50 % del valor inicial.
9 Punto de inflamación. No debe disminuir más de 30º C del valor inicial.
9 Insolubles. No debe exceder el 3 %.
9 Carbón. No se permite un incremento de más del 3 % sobre el valor inicial.
9 Agua. Se acepta un valor menor de 0.2 %.
III.1 Análisis de los aceites lubricantes.
III.1.1 Determinación de la viscosidad cinemática.
La viscosidad cinemática del aceite, puede expresarse en cSt (centistoks) o mm2/s.
Para realizar el ensayo a temperaturas de 40°C y 100°C, se emplearon baños
termostáticos con agua y aceite respectivamente. El tiempo medido se relaciona con la
constante de calibración del viscosímetro C, mediante la ecuación 1 descrita en el
capítulo anterior. La constante se determinó mediante la misma ecuación con el tiempo
24
Resultados y Discusión
mínimo establecido para realizar el análisis, que no debe ser inferior a 3 minutos y con
la viscosidad especificada en el catálogo de productos lubricantes de CUBALUB,(17)
según el tipo de aceite empleado a una temperatura determinada. Los valores de
viscosidad hallados son el promedio aritmético de dos mediciones.
Las constantes hallados fueron:
t mín = 180 seg.
t mín = 180 seg.
ν (40 ± 0.01)°C = 115 cSt
ν (100 ± 0.01)°C = 15 cSt
C = 0.039
C = 0.083
La viscosidad, como ya se ha planteado, es una de las propiedades más importantes
del aceite lubricante. Este es el indicador principal para su aplicación específica. El valor
de la viscosidad del aceite, puede aumentar respecto al inicial, al presentar
contaminantes como carbonilla, polvo, agua y algunos productos de la combustión y la
oxidación (resinas, lacas y gomas) o puede disminuir debido al efecto de corte en sus
macromoléculas al fluir por las pequeñas holguras en su función antifricción o por
craqueo térmico en puntos sobrecalentados, o por dilución con el combustible.
Figura 1. Análisis de la viscosidad a diferentes temperaturas y distancias recorridas
25
Resultados y Discusión
En la figura 1 se observa que las variaciones de los valores obtenidos en las muestras
evaluadas a 40°C, se encuentran dentro de un intervalo aproximado de (110-120) cSt.
De acuerdo con el análisis estadístico realizado, todos los datos provienen de muestras
que cumplen con la distribución normal (p > α) para un 95 % de confianza (PH-1). De
igual manera los valores de viscosidad a 100°C, cuyo intervalo oscila entre (15-20) cSt
provienen de muestras normalizadas para igual valor de confiabilidad (PH-1, Anexo 1).
Partiendo de estos resultados, se puede concluir que ni el cambio de vehículo, ni la
distancia recorrida (para cada temperatura de manera individual), influyeron
notablemente sobre la viscosidad del aceite lubricante estudiado. O sea que, los valores
promedios de la viscosidad a 40°C, (113 ± 2) cSt y a 100°C, (14.2 ± 0.4) cSt, no se
diferencian significativamente de 115 cSt y 15 cSt, valores típicos del aceite nuevo,
respectivamente (PH-2).
Resumiendo, el kilometraje recorrido no es un factor determinante en el comportamiento
del aceite evaluado en cuanto a viscosidad, por lo que en cuanto al análisis de dicha
propiedad, el lubricante puede ser empleado hasta 30 000 km.
III.1.2 Determinación de la temperatura de inflamación.
La determinación de la temperatura de inflamación se llevó a cabo mediante método de
crisol cerrado en equipo Pensky Martens. Para dicho análisis se empleó este tipo de
equipo, por tratarse de un producto pesado, lográndose una concentración tal de los
vapores desprendidos en el calentamiento de la muestra, que permitan determinar el
punto de inflamación correctamente. Este parámetro es necesario tenerlo en cuenta,
para establecer una temperatura de almacenamiento y de explotación del producto,
previendo que un aumento de temperatura o una fuente externa de calor no ocasionen
accidentes. Además es un indicador que nos permite suponer una posible
contaminación con combustible. Los valores hallados del punto de inflamación de las
muestras analizadas, se reportan en la tabla 4.
26
Resultados y Discusión
Tabla 4. Valores de punto de inflamación hallados experimentalmente
Punto de inflamación (°C)
Muestra
1012
1014
1032
1033
1034
10 000 km
214
210
206
196
216
20 000 km
208
210
208
212
206
30 000 km
202
204
210
212
214
Valor inicial
230
230
230
230
230
Como se puede observar en la tabla 4, los valores del punto de inflamación obtenidos,
oscilan desde 196 hasta 216°C, siendo (209 ± 2)°C su valor promedio, no existiendo
diferencias significativas entre ellos (PH-1, PH-6, PH-2, α = 0.05, Anexo 2) lo que
denota en general una ligera contaminación.
III.1.3 Determinación de agua por destilación.
La cantidad de agua presente en las muestras fue determinada mediante destilación. El
solvente empleado (tolueno) no es miscible con el agua, destila a temperatura cercana
a los 100°C y sus vapores arrastran consigo el agua, la cual se va depositando en la
trampa del equipo. Las determinaciones se llevaron a cabo según el procedimiento
descrito en el capítulo II. Los valores hallados son incluidos en la tabla 5.
Tabla 5. Contenido de agua determinado
Agua %
Muestra
1012
1014
1032
1033
1034
10 000 km
T
T
0.05
0.05
T
20 000 km
T
T
T
T
T
30 000 km
T
T
T
T
T
Valor límite
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
T: trazas.
27
Resultados y Discusión
El contenido de agua, constituye una contaminación peligrosa para los aceites
lubricantes aditivados, fundamentalmente para motores, debido a que puede precipitar
los aditivos o provocar la formación de una emulsión, con una estabilidad variable,
ocasionando discontinuidad en el sistema de lubricación, al crearse espacios ocupados
por vapor de agua, impidiendo que el aceite llegue a los principales pares de fricción del
motor (puntos de apoyo, cojinetes de biela, conjunto aro-pistón, pasadores, etc.), lo que
conllevar a elevados desgastes, que pueden acortar la vida útil del motor.
En general, el contenido de agua en casi todas las muestras, es inferior al mínimo
cuantificable por el método especificado,(12) es decir, menos de 0.05 %, exceptuando
dos casos, suficientemente alejados del máximo admitido (0.2 %), indicativo de que la
contaminación referida, es prácticamente despreciable.
III.1.4 Determinación del número de base (BN) por valoración potenciométrica con
ácido perclórico.
El número de base o reserva alcalina de las muestras, se determinó mediante
valoración potenciométrica, con una solución 0.1 N de ácido perclórico en ácido acético.
El valor de BN se obtiene directamente del Titroprocesador, el propio equipo realiza la
curva de valoración E (mV) vs V (mL), determina el punto de inflexión por el método de
la primera derivada y realiza los cálculos necesarios para determinar dicho valor. En la
tabla 6 se muestran los resultados obtenidos.
Tabla 6. Valores de BN hallados en el equipo
BN (mg KOH/g)
Muestra
1012
1014
1032
1033
1034
Promedio
10 000 km
11.13
9.4
11.24
10.53
10.43
10.7 ± 0.3
20 000 km
8.64
7.17
9.08
8.84
9.76
30 000 km
7.71
6.2
7.98
7.2
8.34
Valor inicial
12
12
12
12
12
7.8 ± 0.7
28
Resultados y Discusión
Anteriormente se ha planteado que, producto de la combustión, en los lubricantes
aparecen sustancias contaminantes que son corrosivas por su carácter ácido, las
cuales son neutralizadas por los componentes básicos que forman parte del paquete de
aditivos empleado en la mayoría de los aceites lubricantes para motores. Partiendo de
lo antes expuesto, se desprende que en el aceite siempre debe haber una reserva
alcalina, que proporcione una mayor posibilidad de encuentro con las partículas ácidas
para que estas sean neutralizadas. El valor de esta reserva estará en dependencia,
fundamentalmente, del contenido de azufre en el combustible; en el presente caso, los
fabricantes de motores han especificado una posible disminución del parámetro, hasta
un límite de 50 % m/m del valor inicial (BN50% = 6).
Como se registra en la tabla 6, no existen diferencias significativas entre los valores en
dependencia de cada uno de los carros empleados en el estudio, aunque hubo errores
burdos en el caso del análisis a 10 000 km (PH-1, PH-4). Después de recorrida esta
distancia, el aceite presenta una reserva alcalina en el intervalo de 78 a 93 % respecto
a su valor inicial; transcurridos 20 000 km, este disminuyó a 60 - 81 % y concluidos los
30 000 km, oscila entre 51 y 69 %, muy próximo al límite condenatorio que impone el
fabricante.
Para 10 000 km, el aceite no presenta diferencias significativas con el valor de BN
reportado (PH-2), al igual que los datos conjuntos de 20 000 y 30 000 km con respecto
al límite condenatorio de 6 (PH-2). Esto permite concluir preliminarmente que el aceite
puede ser empleado hasta los 30 000 km, lo cual coincide con los resultados obtenidos
anteriormente (Anexo 3).
En todos los casos, se observa que a medida que aumenta el tiempo de explotación, el
aditivo se va consumiendo, es decir, disminuye su función. En los primeros dos cortes el
por ciento es lo suficientemente elevado como para poder aprovechar el servicio del
aceite; sin embargo a 30 000 km, aunque quedan reservas alcalinas, los valores se
encuentran más cercanos a los condenatorios (aunque no existan diferencias
estadísticamente significativas como ya se ha enunciado), por tanto se puede correr el
29
Resultados y Discusión
riesgo de que en algún carro, el aceite pudiera salir fuera de los parámetros
condenatorios y no detectarse si no se realiza un correcto monitoreo de estos, por lo
que se recomienda según este indicador, no emplearse hasta tal recorrido. Un análisis
de la dependencia entre el valor de BN y la distancia recorrida por los ómnibus, se
observa en la figura 2.
Figura 2. Dependencia de BN vs distancia recorrida
La ecuación obtenida según el gráfico anterior, es del tipo:
y = y 0 + Ae
(− x t )
ecuación 5
donde: y representa el BN y x la distancia recorrida. Al resto de los parámetros se les
puede asignar como sentido físico, el valor de BN50% (6 en este estudio) para y0, y el
valor inicial de BN del aceite para A, en tanto para el caso del parámetro t sería la
distancia máxima recomendada por el fabricante para el cambio del lubricante. El valor
de R2 de este ajuste es del 100 % lo que indica que el modelo propuesto explica
completamente la variabilidad del BN de los datos analizados. En función de este
30
Resultados y Discusión
hecho, se despeja dicha ecuación obteniéndose la ecuación número 6, donde si se
sustituye, se puede predecir con una confiabilidad bastante elevada, el posible
kilometraje a recorrer por cualquier ómnibus equipado con este tipo de motores,
cumpliendo el aceite con los parámetros establecidos por el fabricante.
⎛ y − y0 ⎞
x = − ln ⎜
⎟ *t
⎝ A ⎠
ecuación 6
Empleando 6 mg KOH/g como valor de BN (y en la ecuación 6), de acuerdo con el
criterio señalado de un máximo de 50 % de reducción a partir del valor inicial y los
valores obtenidos del ajuste de los datos a la ecuación 5, o sea, y0 = 7.22, A = 12.95 y t
= 7693.48, el kilometraje obtenido fue 18 173 km, lo cual de acuerdo al error de las
distancias analizadas, convella a la conclusión parcial del análisis de esta propiedad,
que la distancia óptima de empleo del aceite sin que sobrepase el límite indicado, es de
20 000 km.
III.1.5 Determinación de insolubles en n-heptano.
Para determinar el por ciento de sustancias insolubles presentes en el lubricante, se
pesa 1 g de muestra y disuelve en una mezcla de alcohol, agua y normal-heptano.
Luego de realizar el procedimiento descrito en el capítulo anterior, fue calculado el valor
requerido mediante la ecuación 2. Los resultados alcanzados son expuestos en la
siguiente tabla:
Tabla 7. Contenido de insolubles
Insolubles %
Muestra
1012
1014
1032
1033
1034
10 000 km
0.23
0.5
0.63
0.7
0.61
20 000 km
0.67
1.63
1.16
0.55
0.55
30 000 km
1.37
1.82
0.91
0.82
0.64
Valor inicial
Ausencia
31
Resultados y Discusión
Las sustancias insolubles presentes en el lubricante son originadas por las resinas,
lacas y gomas producto de la oxidación de los hidrocarburos, el polvo exterior, los
metales de desgaste y la carbonilla proveniente de la combustión.
Los resultados expuestos en la tabla 7, indican cierta contaminación por estos
productos. Como se observa, los valores del contenido de insolubles, alcanzan un
máximo de 1.82 % en el ciclo de 30 000 km, aún bastante lejano del valor límite
permisible, lo cual indica que el aceite mantiene condiciones para seguir operando sin
ser afectado significativamente por estas sustancias indeseables.
En cuanto al análisis estadístico se puede observar según las pruebas realizadas (PH1, PH-5, PH-6, α = 0.05, Anexo 4), que todas las datas provienen de una distribución
normalizada aunque sus varianzas no son homogéneas para un 95 % de confianza. No
obstante, si se varía este por ciento (elevándolo hasta un 99 %), con el propósito de
hacer una comparación múltiple de muestras, se apreciaría que no existen diferencias
estadísticamente significativas entre los grupos analizados, es decir, el kilometraje
recorrido. Además, todos los datos analizados muestran diferencias significativas con el
valor 3 %, asumido como control a partir de la especificación.(16) Como conclusión
parcial se plantea que en cuanto a contenido de insolubles, el aceite analizado puede
ser empleado hasta los 30 000 km.
III.1.6 Determinación de residuo de carbón.
Para esta determinación se pesan 5 mg de muestra de aceite, la cual es sometida a
evaporación y posterior pirólisis obteniéndose, luego de todo el procedimiento descrito
en el capítulo II, los resultados mostrados en la tabla 8.
El carbón residual o tendencia a la formación del mismo, se incrementa en los aceites
para motores durante su empleo, es decir durante el proceso de trabajo. Evidentemente
esto representa un gran inconveniente para la vida útil de los motores, ya que dicho
32
Resultados y Discusión
residuo puede formarse sobre sus superficies calientes, provocando tupición y
obstrucción de los conductos del sistema de lubricación del motor.
Tabla 8. Contenido de carbón residual
Carbón %
Muestra
1012
1014
1032
1033
1034
10 000 km
2.89
3.43
2.2
2.98
2.09
20 000 km
3.62
4.21
2.74
4.44
3.09
30 000 km
3.7
5.07
3.35
5.03
3.17
Valor inicial
1.61
1.61
1.61
1.61
1.61
En la tabla 8 se observa que, los incrementos del carbón residual en el ciclo de 10 000
km recorridos son normales; en el de 20 000 km, aunque se presentan dos valores
cercanos al máximo permitido (4.61 %), todavía se mantienen por debajo de dicho
valor; sin embargo, en el ciclo de 30 000 km aparecen dos valores que sobrepasan el
límite referido, siendo esto, una posible limitante para la continuidad de operación del
aceite.
Para alcanzar un resultado más preciso en cuanto a esta propiedad, se analizó la
posible correlación entre el residuo de carbón y la distancia recorrida por los ómnibus,
debido al evidente aumento de estos residuos con el transcurso del tiempo de uso
(léase kilometraje de explotación), en los aceites para motores de combustión interna.
El modelo obtenido de la correlación hallada entre estas variables, como se ilustra en la
figura 3, responde a una regresión polinomial de grado 2 del tipo:
y = a + b1 x + b2 x 2
ecuación 7
con un R2 = 100 % y valores para los coeficientes de a = 1.358, b1= 1.589x10-4 y b2 = 2.29x10-9. Se puede observar que la significación de los coeficientes disminuye a
medida que aumenta la potencia de la variable x (de x0= 1 para la constante a, hasta x2
para b2), tomando un comportamiento asintótico bastante rápido. El modelo mostrado,
33
Resultados y Discusión
al igual que en el caso del análisis del Número de Base, permite predecir el kilometraje
óptimo para una carga de este tipo de aceite, en los motores utilizados. Un cálculo
aproximado en función del polinomio obtenido, arrojó un resultado de 35 000 km como
distancia máxima de recorrido, a partir del valor límite de 4.61 % de carbón residual.
Figura 3. Correlación entre valores de carbón residual vs. distancia recorrida
Por otra parte, el balance de los resultados alcanzados para cada kilometraje,
demuestra la existencia de diferencias significativas para el caso de la comparación
entre 10 000 y 30 000 km, no siendo así cuando la diferencia de distancias es solo de
10 000 km, o sea, al analizar los pares de 10 000 - 20 000 km y 20 000 - 30 000 km
(PH-1, PH-5, PH-6, α = 0.05, Anexo 5).
De esta manera, concluyendo la valoración parcial de este indicador, se puede decir
que, el máximo de 30 000 km, sería una cota útil de trabajo para el carbón residual, al
no existir diferencias significativas entre 20 000 y 30 000 km.
34
Resultados y Discusión
III.1.7 Determinación del contenido de metales mediante Espectrometría de
Absorción Atómica con llama.
La Espectrometría de Absorción Atómica, como ya se ha expuesto en diversas
ocasiones, es un método que permite la determinación del contenido de metales,
incluso cuando se encuentran presente en pequeños por cientos. Para realizar el
análisis efectivo de la disolución final en EAA, es necesario ajustar en el equipo, una
serie de condiciones de trabajo pertinentes (tabla 2).
En las determinaciones se emplea una llama de aire-acetileno (conocida también como
llama fría), la cual alcanza la temperatura necesaria para lograr la atomización de las
especies analizadas. En el caso del cromo también puede ser empleada una llama fría,
pero al ser este metal, un elemento refractario, es aconsejable usar una llama de
acetileno-óxido nitroso (llama caliente), para garantizar la obtención de los átomos
neutros.
Debido a las reacciones que ocurren en la llama, se forman especies moleculares, las
cuales presentan bandas que se solapan con las líneas espectrales y absorben
radiación a la longitud de onda de trabajo, cuando esta es menor que 300 nm. Para
corregir el valor medido, se emplea una fuente de radiación continua de deuterio,
evitando así las interferencias producidas por absorción de fondo.(13,15)
Una vez ajustadas las condiciones del equipo, se realizó la curva de calibración de cada
uno de los metales bajo las condiciones enunciadas en la tabla 2 del capítulo anterior.
Los gráficos obtenidos para cada uno de los elementos en estudio se muestran en la
figura 4, donde se puede comprobar la buena linealidad de los mismos.
35
Resultados y Discusión
Figura 4. Curvas de calibración para el análisis de metales por EAA
Para validar el buen ajuste de la curva de calibración en la tabla 9 se muestran los
parámetros estadísticos de las regresiones lineales obtenidas, las cuales responden a
la Ley de Lambert-Beer (A = ε l c) donde el intercepto no es estadísticamente
significativo. En la tabla se observa que en el ajuste de todos los elementos el
coeficiente de correlación r > 0.995 lo que demuestra una buena correspondencia
directa entre la absorbancia y las concentraciones, al mismo tiempo los valores del
estadígrafo p son todos menores que a < 0.05 lo que hace la regresión
Tabla 9. Parámetros de las regresiones para las determinaciones elementales
Elemento
b ± se
r
p
Cu
0.0247 ± 0.0005
0.99779
< 10-4
Pb
0.0377 ± 0.0008
0.99834
0.00012
Cr
0.0181 ± 0.0002
0.99966
< 10-4
Fe
0.052 ± 0.001
0.99663
< 10-4
Ni
0.0796 ± 0.0006
0.99967
< 10-4
36
Resultados y Discusión
Durante la operación de los equipos, se realiza el monitoreo de las partículas metálicas,
que se van acumulando en el aceite en el periodo de trabajo, producto de la fricción y el
desgaste de las piezas. El contenido de las principales impurezas metálicas presentes
en las muestras estudiadas, se relacionan en la tabla 10. De los resultados obtenidos,
en el análisis del aceite lubricante empleado en los distintos ómnibus Yutong, que se
reflejan en dicha tabla, puede observarse que en las muestras identificadas como 1014
y 1032, hay algunos valores de hierro y cobre, que sobrepasan los límites
condenatorios, específicamente en el periodo de 30 000 km, lo que indica que a este
kilometraje se presenta un desgaste notable en algunas piezas del motor, por lo que no
sería aconsejable explotar el aceite hasta tal recorrido, con el fin de garantizar el buen
funcionamiento y la vida útil de los motores de los ómnibus.
Tabla 10. Contenido de metales (expresado en µg/g)
Muestra
1012
1014
1032
1033
1034
Kilómetros
recorridos
Ni
Pb
Cr
Cu
Fe
10 000
<0.12
<1.6
2.91
1.39
31.37
20 000
<0.12
<1.6
14.53
5.35
82.46
30 000
<0.12
1.97
12.02
8.94
77.44
10 000
<0.12
<1.6
4.55
2.39
52.78
20 000
<0.12
3.81
8.9
20.58
98.04
30 000
<0.12
7.96
14
34.5
121.93
10 000
<0.12
<1.6
7.14
2.01
30.14
20 000
<0.12
2.56
18.56
10.22
55.36
30 000
<0.12
3.93
23.47
31.31
76.59
10 000
<0.12
<1.6
3.02
4.35
28.36
20 000
<0.12
4
15.15
14.69
74.44
30 000
<0.12
4
14.3
17.23
80
10 000
<0.12
<1.6
6.81
1.89
38.06
20 000
<0.12
<1.6
14.01
4.53
58.7
30 000
<0.12
2
15.1
10.32
65.23
<10
<25
<30
<25
<100
Límites condenatorios
37
Resultados y Discusión
De acuerdo con los resultados obtenidos en la tabla 10 se realizó un análisis estadístico
con la data de los tres metales más influyentes, a saber Cu, Cr y Fe debido a que el
resto (Ni, Pb) no se acerca a los valores de los límites condenatorios.
Para el caso del cobre, se llevó a cabo un análisis de la correlación entre el % Cu y la
distancia recorrida (D) por los ómnibus, obteniéndose una relación lineal directa entre
estas variables, que responde a la ecuación 8 (R2 = 0.99912, p = 0.01), tal como se
muestra en la figura 5.
%Cu = 8.9 * 10 −4 D − 6.5
ecuación 8
Figura 5. Correlación de % Cu vs distancia recorrida
El hierro, es uno de los elementos más importantes por su relativamente elevado límite
condenatorio, teniendo en cuenta la cantidad de piezas en las que este elemento
participa como parte fundamental en las aleaciones empleadas en la fabricación de los
motores. De manera similar ocurre con el caso del cromo, aunque en menor medida.
38
Resultados y Discusión
Según el ajuste realizado a los datos obtenidos para estos metales, se obtienen las
ecuaciones 9 y 10:
%Cr = −12.42 + 0.0021D − 3.89 * 10 −8 D 2
ecuación 9
% Fe = −29.34 + 0.0079 D − 1.39 * 10 −7 D 2
ecuación 10
Estas expresiones matemáticas son del de tipo polinomial de 2do grado, en ambos
casos con un R2 = 100 % y p < 10-4, tal como puede deducirse de los gráficos de la
figura 6.
Figura 6. Correlación de los por cientos de Cr y Fe vs distancia recorrida
Teniendo en cuenta las ecuaciones 8, 9 y 10 y los valores condenatorios, las distancias
límites obtenidas a partir de los modelos encontrados en el estudio, se reportan en la
tabla 11.
39
Resultados y Discusión
Tabla 11. Distancias máximas válidas según modelos
Elemento
Límite condenatorio (µg/g)
Distancia (km)
Cr
< 30
27 000
Cu
< 25
35 000
Fe
< 100
28 000
El cálculo de estas distancias, puede haberse afectado por el hecho de que el ómnibus
1014
(principalmente),
presenta
valores
fuera
de
los
límites
condenatorios
especificados. No obstante, el valor promedio hallado de los tres elementos
representativos fue de 30 000 km aproximadamente, como distancia máxima a recorrer
por los equipos con el aceite sin cambiar, de acuerdo con la generación de trazas de
estos metales en el lubricante.
Por otra parte, al analizar los resultados mostrados en la tabla 9, se observa una
diferencia marcada entre los valores a 10 000 km y los obtenidos en el resto del
kilometraje. De hecho, no existen diferencias significativas entre las distancias de 20
000 km y 30 000 km (PH-1, PH-5, PH-6, α = 0.05, Anexo 6), por lo que al existir
diferencias con los 10 000 km, se puede seleccionar 30 000 km como la distancia
máxima válida, pensando en el conjunto de las determinaciones de metales como
promedio.
III.2 Análisis estructural por Espectroscopía Infrarroja.
Para llevar a cabo un análisis de la presencia del aditivo Dialquilditiofosfato de Zinc
(ZDDP), empleado como antioxidante-antidesgaste-antiherrumbre y corroborar su
consumo en el aceite lubricante con el paso del tiempo, se tomaron muestras
representativas del aceite usado en cinco ómnibus en los periodos de recorridos
analizados y se obtuvo sus correspondientes espectros IR, así como el del aditivo y del
aceite nuevo por separados, para establecer una comparación.
40
Resultados y Discusión
En el caso del aceite nuevo, del cual es conocido que su formulación se basa en
hidrocarburos saturados, se observa en la figura 7, cerca y por debajo de 3000 cm-1 las
vibraciones de valencia simétricas y antisimétricas de los carbonos sp3 con el
hidrógeno, ν Csp3-H (de metilo –CH3 y metileno –CH2). A continuación, sobre los 1460
cm-1 aparece una banda intensa correspondiente al doblaje (δ) antisimétrico del metilo y
simétrico del metileno (tijeras del metileno). Muy próximo a su derecha, una banda
alrededor de los 1360 cm-1 correspondiente al doblaje simétrico del metilo [δ(CH3),
sombrilla del metilo].
Figura 7. Espectro IR del aceite nuevo. (ad indica aditivo)
A partir de aquí, las señales que aparecen son las más significativas para el estudio, ya
que algunas de estas son las que permiten establecer una comparación del aceite
empleado a diferentes kilometrajes por cada vehículo. Sobre los 1000 cm-1 se
encuentra la vibración fundamental del enlace P-O-C asociada a la estructura del aditivo
(ZDDP) que contienen los aceites, a la que se suma la banda de 667 cm-1 asignada a la
vibración de valencia fundamental del enlace P=S.
41
Resultados y Discusión
Además aparece una pequeña banda sobre los 720 cm-1 correspondiente al rocking de
metileno, vibración de doblaje de los –CH2 cuando se encuentra enlazados linealmente
en estructuras de cadena larga, n > 4, confirmando que la base de la formulación del
aceite es un hidrocarburo saturado.
El espectro del aditivo mostrado en la figura 8, resulta muy similar al del aceite nuevo,
salvo que las intensidades de las señales típicas del aditivo, P-O-C y P=S aumentan
notablemente, incluso, se puede observar la banda de la vibración fundamental
asociada al enlace P-S, que el caso del aceite, dada la baja concentración del aditivo en
el mismo y la relación de intensidades de las señales no se puede observar.
Figura 8 Espectro IR del aditivo
El resto de las señales confirma la estructura del aditivo dado que este debe ser, por
definición, soluble en el aceite para poder cumplir su función antioxidante, antidesgaste
y antiherrumbre.
42
Resultados y Discusión
Para detectar el consumo del aditivo analizado, en el caso del aceite que fue utilizado
en los ómnibus que recorrieron 20 000 y 30 000 km, se compararon los espectros de
estos con el del aceite nuevo. Fueron empleadas estas distancias en la comparación,
ya que las especificaciones del fabricante indican que el empleo del aceite debe ser
hasta los 10 000 km, recorrido en el cual todos los indicadores están dentro de
especificación.
En la figura 9, se observa que existe una disminución notable de las bandas asociadas
a las vibraciones fundamentales del aditivo, que aparecen sobre los 1000 y 700 cm-1
asignadas como ya se discutió, a ν(P-O-C) y ν(P=S) respectivamente. Esto demuestra
que, el aditivo a la distancia de 30 000 km se encuentra en una concentración
prácticamente indetectable por la sensibilidad de esta técnica, lo que equivaldría a
pensar en el cambio del mismo dentro del motor. De cualquier manera como a 20 000
km aún existe aditivo se considera que esa distancia es válida para su empleo, en
cuanto a este análisis químico-físico de grupos funcionales.
Figura 9. Espectro IR del aceite nuevo y usado a 20 000 y 30 000 km
43
Resultados y Discusión
III.3 Análisis integral de los resultados obtenidos.
En la tabla 12 se muestra un resumen según cada indicador, de los recorridos máximos
permitidos para los ómnibus Yutong, de acuerdo a los resultados de los análisis
efectuados durante esta investigación.
Tabla 12. Recorrido máximo permitido según cada indicador
Parámetro
Viscosidad
10 000 km
20 000 km
30 000 km
40°C
X
100°C
X
Número de base (BN)
X
Punto de Inflamación
X
Carbón
X
Insolubles
X
Agua
X
Cr
Metales
Cu
Ver Tabla 11
Fe
Al examinar todos los resultados de los ensayos realizados a las muestras del aceite
lubricante, tomadas en los diferentes periodos de recorrido, se observa que el mismo
puede ser empleado en el ciclo de 30 000 km de acuerdo a los valores de todos los
parámetros, excepto el número de base.
Es bueno aclarar que aunque los metales según la tabla 11 alcanzan valores superiores
a los 20 000 km (35 000 km incluso para el cobre), en ese acápite se concluye
parcialmente que 30 000 km, es la distancia válida a recorrer de acuerdo a este
parámetro.
Se observa que el hierro es el metal que más peso tiene en cuanto a porcentaje de
residuos indeseables en el aceite, por lo cual si se define 20 000 km para su caso en
44
Resultados y Discusión
particular, dada su marcada influencia y teniendo en cuenta que el número de base es
una de los parámetros invalidantes de los aceites lubricantes en los motores, de este
análisis integral se desprende que se puede aumentar a 20 000 km el recorrido de los
motores sin un cambio de aceite, lo que duplica la distancia recomendada por el
fabricante de los mismos y garantiza un tiempo de reserva o seguridad a cuanto a la
aplicación de lubricante.
III.4 Análisis económico.
Con el objetivo de conocer la magnitud del aporte del presente trabajo a la economía
nacional, se realizó un breve análisis económico, para establecer numéricamente la
contribución al ahorro de los resultados obtenidos.
Al realizar cada cambio de aceite lubricante del motor, es necesario reemplazar también
el filtro de aceite. En estudios afines realizados anteriormente,(18) se demostró que el
filtro a los 20 mil kilómetros de explotación, aún mantiene su capacidad filtrante. Para
determinar el efecto económico del incremento del periodo de cambio, se debe partir del
precio de los componentes implicados en este para los ómnibus Yutong analizados,
donde se emplean filtros de la marca Fleetguard modelo L9000.
Los componentes del análisis económico son los siguientes:
•
Costo del aceite Extra Diesel 15W40 = $1.08 / L.
•
Filtros Fleetguard L9000 = $ 53 c/u.
•
Promedio de recorrido anual / ómnb = 100 mil km / año.
•
Capacidad del cárter = 23 L.
•
Relleno promedio = 8 L / 10 mil km.
•
Cantidad de filtros = 1 / cambio de aceite.
45
Resultados y Discusión
Tabla 13. Cálculo económico
Cambios de
aceites
Consumo de aceite por
cambio (cárter)
Por
relleno
Aceite
total
Cambio de
filtro
10 mil
kilómetros
23 litros
8 litros
31 litros
1 filtro
$ 33.48
$ 53.00
310 litros
10 filtros
$ 334.80
$ 530.00
39 litros
1 filtro
$ 42.12
$ 53.00
195 litros
5 filtros
$ 210.60
$ 265.00
En un año
20 mil
kilómetros
En un año
10 x 23
23 litros
5 x 23
10 x 8
16 litros
5 x 16
Tabla 14. Cálculo estimado de costo/año por ómnibus
Costo de Aceite
Costo de filtros
Total
Cambio a 10 mil km
en un año
$ 334.80
$ 530.00
$ 864.80
Cambio a 20 mil km
en un año
$ 210.60
$ 265.00
$ 475.60
AHORROS
$ 142.20
$ 265.00
$ 389.20
Los cálculos mostrados en la tabla 14, representan el ahorro anual de un solo ómnibus.
Si se tiene en cuenta que en todo el país existen aproximadamente 2000 ómnibus
YUTONG (con las características analizadas), destinados al transporte interprovincial,
los ahorros totales anuales serán de $ 778 400 CUC, eso sin tener en cuenta, el ahorro
por tiempo de servicio de mantenimiento y por incremento de servicio a la población.
46
Conclusiones y Recomendaciones
Capítulo IV. Conclusiones y Recomendaciones.
IV.1 Conclusiones.
•
Fueron caracterizadas las muestras de cinco ómnibus concluidos los recorridos
de 10 mil, 20 mil y 30 mil kilómetros, mediante la realización de los ensayos
correspondientes a los indicadores que determinan la calidad del servicio del
aceite en el motor.
•
Se realizó un análisis estadístico a los resultados obtenidos, comparándolos con
los valores condenatorios establecidos, resultando el número de base, el
indicador principal que limita el uso del aceite hasta el periodo de 20 mil km. El
resto de los indicadores, en los tres periodos analizados, se mantuvieron dentro
rango enmarcado.
•
El aditivo ZDDP se encuentra presente en todas las muestras analizadas, sin
embargo se corroboró su consumo a medida que aumenta el tiempo de
explotación del aceite.
•
El periodo óptimo de cambio del aceite (Extra Diesel 15W40), se corresponde
con los 20 mil kilómetros, garantizando el buen funcionamiento del motor del
ómnibus Yutong en condiciones de explotación por carretera.
•
Con la prolongación al doble del periodo de cambio del aceite de logra reducir los
gastos por consumo de lubricante, filtro, horas de mantenimiento y se incrementa
la disponibilidad del vehículo; lo cual implica una gran importancia económica.
IV.2 Recomendaciones.
•
Aumentar el periodo de cambio del aceite lubricante.
•
Dado que en la medida que transcurre el tiempo de deterioran los motores, se
debe realizar un monitoreo al azar, después de concluido el ciclo recomendado.
•
Realizar un estudio similar a los ómnibus que se encuentran en condiciones de
explotación más severas, por ejemplo en el servio de transporte de pasajeros
dentro de la ciudad.
47
Referencias Bibliográficas
Capítulo V. Referencias Bibliográficas.
1. Proskuriakov V. A., Drabkin A. E., Química del petróleo y del gas., Editorial Mir.
Moscu, p 40, (1984)
2. Verde Padrón R., Tecnología moderna del petróleo en Cuba., Editorial Científico
Técnica, p 40, (1982)
3. Pérez Ruiz L., Martínez Gómez C., Manual Básico de Grasa Lubricantes.,
Diplomado de CUBALUB, p 10, (2008)
4. Fitch James C., Trujillo G., The practical handbook of machinery lubrication., p
25, Noria Latín América, (2007)
5. Hernández Abreu M., Manual de aditivos y aplicación de aceites lubricantes
industriales., MINBAS, Ciudad de La Habana, p 29 (2000)
6. Korediakov L., Shekolniko V., Aceites de alto índice de viscosidad., Petroquímica,
p 23, (1989)
7. Nicolai Z., Conferencias sobre Quimotología., Ciudad Habana, p 2, (1997)
8. Schilling A,. Los aceites para motores y la lubricación de los motores., Tomo1 y
Tomo2, 2da Edición española, p 25 – p 93, (1985)
9. Belloch José M., Lubricantes y Lubricación Aplicada., p 35, (1986)
10. Fitch James C., Drew Troyer D., Machinery Lubrication I and Oil Analysis I., p 59,
Noria Latín América, (2004)
11. Seminario CUBALUB, Introducción a Shell Additives International Limited., p 9,
(2003)
12. Annual Book of ASTM Standards (Petroleum Products, Lubricants, and Fossil
Fuels, Editorial Staff, p 1, (2005)
13. Skoog Douglas A., Holler James F., Nieman Timothy A., Principios de Análisis
Instrumental., 5th edición, Parte I, Editorial Félix Varela, p 219, (2004)
14. Hobson G., Powl. W., Modern Petroleum Technology., 4th edition, p 528, (1999)
15. Quevedo Alvarez O., Determinación de Hierro, Cobre, Cromo, Plomo y Níquel en
aceites usados mediante Espectrometría de Absorción Atómica., Informe de
Etapa CEINPET, (2003)
48
Referencias Bibliográficas
16. YUTONG., Manual de Mantenimiento del Ómnibus modelo ZK6120HA,
Zhengzhou Yutong Bus Co., Ltd., (2006)
17. Manual de Productos, CUBALUB (Lubricantes), Quinta Edición, (2008)
18. Meneses Jorge J., Prolongación de la vida útil de los filtros Fleetguard, de los
ómnibus Transgaviota., Informe Etapa3, Proyecto 6007, CEINPET, (2007)
49
ANEXOS.
Anexo 1. Viscosidad Cinemática.
Anexo 1.1 Viscosidad Cinemática a 40°C.
Tests para la Normalidad para v401
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.735759
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.943075
P-valor = 0.6956
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para v402
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.735759
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.975094
P-valor = 0.895389
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para v403
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.906368
P-valor = 0.442064
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para v1001
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.902054
P-valor = 0.418002
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para v1002
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.944193
P-valor = 0.703477
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para v1003
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.735759
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.967927
P-valor = 0.855749
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Comparación de Varias Muestras
Resumen del Procedimiento
Muestra 1: v401
Muestra 2: v402
Muestra 3: v403
Muestra 1: 5 valores 112.2 hasta 120.8
Muestra 2: 3 valores 112.13 hasta 115.2
Muestra 3: 5 valores 108.2 hasta 123.4
Gráfico de Cajas y Bigotes
v401
v402
v403
100
104
108
112
116
respuesta
120
124
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Varianza
Desviación típica
----------------------------------------------------------------------------------------v401
5
115.86
11.748
3.42754
v402
3
113.643
2.35763
1.53546
v403
5
113.94
37.108
6.09163
-----------------------------------------------------------------------------------------Total
13
114.61
17.75
4.21307
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
---------------------------------------------------------------------------------------------------v401
112.2
120.8
8.6
0.654589
v402
112.13
115.2
3.07
0.0897295
v403
108.2
123.4
15.2
0.906816
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
108.2
123.4
15.2
0.927135
Curtosis típificada
---------------------------------------------------------------------------------------------------v401
-0.317809
v402
v403
0.36442
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.42497
Gráfico de Residuos
10
residuo
6
2
-2
-6
-10
v401
v402
v403
muestra
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
12.8603
2
6.43017
0.32
0.7324
Intra grupos
200.139
10
20.0139
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
213.0
12
Gráfico de Residuos
10
residuo
6
2
-2
-6
-10
113
113.5
114
114.5
115
valor predicho
115.5
116
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------v402
3
113.643
X
v403
5
113.94
X
v401
5
115.86
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------v401 - v402
2.21667
7.27962
v401 - v403
1.92
6.30434
v402 - v403
-0.296667
7.27962
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Gráfico de Residuos
10
residuo
6
2
-2
-6
-10
0
3
6
9
12
observación
Contraste de Varianza
Contraste C de Cochran: 0.724573
P-valor = 0.0998534
Contraste de Bartlett: 1.48274
P-valor = 0.180402
Contraste de Hartley: 15.7395
Test de Levene: 1.26948
P-valor = 0.322622
Anexo 1.2 Viscosidad Cinemática a 100°C.
Comparación de Varias Muestras
Resumen del Procedimiento
Muestra 1: v1001
Muestra 2: v1002
Muestra 3: v1003
Muestra 1: 4 valores 13.84 hasta 14.25
Muestra 2: 5 valores 14.08 hasta 14.73
Muestra 3: 5 valores 12.61 hasta 15.14
Gráfico de Cajas y Bigotes
v1001
v1002
v1003
12
13
14
respuesta
15
16
15
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Varianza
Desviación típica
---------------------------------------------------------------------------------------------------v1001
4
14.05
0.0318
0.178326
v1002
5
14.462
0.06997
0.264518
v1003
5
13.962
0.99862
0.99931
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
14
14.1657
0.38998
0.624484
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
---------------------------------------------------------------------------------------------------v1001
13.84
14.25
0.41
-0.10482
v1002
14.08
14.73
0.65
-0.61119
v1003
12.61
15.14
2.53
-0.18315
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
12.61
15.14
2.53
-1.49466
Curtosis típificada
---------------------------------------------------------------------------------------------------v1001
-0.653664
v1002
-0.315021
v1003
-0.430763
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
1.50125
Gráfico de Residuos
1.6
residuo
1.1
0.6
0.1
-0.4
-0.9
-1.4
v1001
v1002
v1003
muestra
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
0.699983
2
0.349991
0.88
0.4417
Intra grupos
4.36976
11
0.397251
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
5.06974
13
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------v1003
5
13.962
X
v1001
4
14.05
X
v1002
5
14.462
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------v1001 - v1002
-0.412
0.930587
v1001 - v1003
0.088
0.930587
v1002 - v1003
0.5
0.877365
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Gráfico de Residuos
1.6
residuo
1.1
0.6
0.1
-0.4
-0.9
-1.4
0
3
6
9
12
15
observación
Contraste de Varianza
Contraste C de Cochran: 0.907515
P-valor = 0.00172391
Contraste de Bartlett: 2.67759
P-valor = 0.00806227
Contraste de Hartley: 31.4031
Test de Levene: 3.90288
P-valor = 0.0523671
Tests para la Normalidad para v10all
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 6.42857
P-valor = 0.599341
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.940002
P-valor = 0.400887
Puntuación Z para asimetría = 1.16564
P-valor = 0.243757
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Anexo 2. Punto de inflamación.
Tests para la Normalidad para ptoinf1
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.922603
P-valor = 0.54992
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para ptoinf2
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.960878
P-valor = 0.813942
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para ptoinf3
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.735759
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.915381
P-valor = 0.502121
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Varianza
Desviación típica
---------------------------------------------------------------------------------------------------ptoinf1
5
208.4
62.8
7.92465
ptoinf2
5
208.8
5.2
2.28035
ptoinf3
5
208.4
26.8
5.17687
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
15
208.533
27.1238
5.20805
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
---------------------------------------------------------------------------------------------------ptoinf1
196.0
216.0
20.0
-0.994923
ptoinf2
206.0
212.0
6.0
0.369527
ptoinf3
202.0
214.0
12.0
-0.331618
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
196.0
216.0
20.0
-1.41866
Curtosis típificada
---------------------------------------------------------------------------------------------------ptoinf1
0.39942
ptoinf2
-0.081024
ptoinf3
-1.10118
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.822456
Gráfico de Cajas y Bigotes
ptoinf1
ptoinf2
ptoinf3
190
195
200
205
210
215
220
respuesta
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
0.533333
2
0.266667
0.01
0.9916
Intra grupos
379.2
12
31.6
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
379.733
14
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------ptoinf1
5
208.4
X
ptoinf3
5
208.4
X
ptoinf2
5
208.8
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------ptoinf1 - ptoinf2
-0.4
7.7463
ptoinf1 - ptoinf3
0.0
7.7463
ptoinf2 - ptoinf3
0.4
7.7463
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Contraste de Varianza
Contraste C de Cochran: 0.662447
P-valor = 0.142153
Contraste de Bartlett: 1.5334
P-valor = 0.0994182
Contraste de Hartley: 12.0769
Test de Levene: 1.53535
P-valor = 0.254851
Tests para la Normalidad para ptoinfALL
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 6.26667
P-valor = 0.617389
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.946805
P-valor = 0.458972
Puntuación Z para asimetría = 1.10636
P-valor = 0.268568
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Resumen Estadístico para ptoinfALL
Frecuencia = 14
Media = 209.429
Varianza = 16.2637
Desviación típica = 4.03283
Mínimo = 202.0
Máximo = 216.0
Rango = 14.0
Asimetría tipi. = -0.307113
Curtosis típificada = -0.45138
Coef. de variación = 1.92564%
Gráfico de dispersión
200
204
208
212
216
ptoinfALL
Intervalos de Confianza para ptoinfALL
-------------------------------------95.0% intervalo de confianza para la media: 209.429 +/- 2.32849
[207.1;211.757]
95.0% intervalo de confianza para la desviación típica: [2.92362;6.49706]
Gráfico de Caja y Bigotes
200
204
208
212
216
ptoinfALL
Contraste de Hipótesis para ptoinfALL
Media muestral = 209.429
Mediana muestral = 210.0
contraste t
----------Hipótesis nula: media = 200.0
Alternativa: menor que
Estadístico t = 8.74782
P-valor = 1.0
No se rechaza la hipótesis nula para alpha = 0.05.
Contraste de los signos
----------------------Hipótesis nula: mediana = 200.0
Alternativa: menor que
Número de valores inferiores a la mediana de H0: 0
Número de valores superiores a la mediana de H0: 14
Estadístico para grandes muestras = 3.4744 (aplicada la corrección por continuidad)
P-valor = 0.999744
No se rechaza la hipótesis nula para alpha = 0.05.
Contraste de rangos con signo
-----------------------------
Hipótesis nula: mediana = 200.0
Alternativa: menor que
Rango medio de los valores inferiores a la mediana: 0.0
Rango medio de los valores superiores a la mediana: 7.5
Estadístico para grandes muestras = -3.33373 (aplicada la corrección por continuidad)
P-valor = 0.999571
No se rechaza la hipótesis nula para alpha = 0.05.
Anexo 3. Número de Base.
Tests para la Normalidad para Ins1
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.840147
P-valor = 0.162268
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para Ins2
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.833525
P-valor = 0.145009
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para Ins3
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.917332
P-valor = 0.514652
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para Ins1
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.572403
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.983371
P-valor = 0.89623
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Comparación de Varias Muestras
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Varianza
Desviación típica
---------------------------------------------------------------------------------------------------Ins1
4
0.6175
0.00489167
0.0699405
Ins2
5
0.912
0.22442
0.47373
Ins3
5
1.112
0.22917
0.478717
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
14
0.899286
0.182592
0.427308
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
---------------------------------------------------------------------------------------------------Ins1
0.53
0.7
0.17
-0.170041
Ins2
0.55
1.63
1.08
0.988705
Ins3
0.64
1.82
1.18
0.810512
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.53
1.82
1.29
1.88958
Curtosis típificada Coef. de variación
---------------------------------------------------------------------------------------------------Ins1
0.458421
11.3264%
Ins2
-0.170029
51.9441%
Ins3
-0.237445
43.0501%
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.225866
47.5163%
Gráfico de Cajas y Bigotes
Ins1
Ins2
Ins3
0.5
0.8
1.1
1.4
respuesta
1.7
2
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
0.544658
2
0.272329
1.64
0.2384
Intra grupos
1.82904
11
0.166276
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
2.37369
13
Gráfico de Residuos
residuo
0.8
0.4
0
-0.4
-0.8
Ins1
Ins2
Ins3
muestra
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------Ins1
4
0.6175
X
Ins2
5
0.912
X
Ins3
5
1.112
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------Ins1 - Ins2
-0.2945
0.602059
Ins1 - Ins3
-0.4945
0.602059
Ins2 - Ins3
-0.2
0.567627
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Gráfico de Residuos
residuo
0.8
0.4
0
-0.4
-0.8
0.61
0.71
0.81
0.91
1.01
valor predicho
Contraste de Varianza
Contraste C de Cochran: 0.499846
P-valor = 0.589335
Contraste de Bartlett: 2.08749
P-valor = 0.0272667
Contraste de Hartley: 46.8491
Test de Levene: 1.18892
P-valor = 0.340828
Anexo 4. Contenido de Insolubles.
1.11
1.21
Tests para la Normalidad para Ins1
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.840147
P-valor = 0.162268
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para Ins2
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.833525
P-valor = 0.145009
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para Ins3
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.917332
P-valor = 0.514652
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para Ins1
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.572403
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.983371
P-valor = 0.89623
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Comparación de Varias Muestras
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Varianza
Desviación típica
---------------------------------------------------------------------------------------------------Ins1
4
0.6175
0.00489167
0.0699405
Ins2
5
0.912
0.22442
0.47373
Ins3
5
1.112
0.22917
0.478717
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
14
0.899286
0.182592
0.427308
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
---------------------------------------------------------------------------------------------------Ins1
0.53
0.7
0.17
-0.170041
Ins2
0.55
1.63
1.08
0.988705
Ins3
0.64
1.82
1.18
0.810512
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.53
1.82
1.29
1.88958
Curtosis típificada Coef. de variación
---------------------------------------------------------------------------------------------------Ins1
0.458421
11.3264%
Ins2
-0.170029
51.9441%
Ins3
-0.237445
43.0501%
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.225866
47.5163%
Gráfico de Cajas y Bigotes
Ins1
Ins2
Ins3
0.5
0.8
1.1
1.4
1.7
2
respuesta
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
0.544658
2
0.272329
1.64
0.2384
Intra grupos
1.82904
11
0.166276
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
2.37369
13
Gráfico de Residuos
residuo
0.8
0.4
0
-0.4
-0.8
Ins1
Ins2
Ins3
muestra
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------Ins1
4
0.6175
X
Ins2
5
0.912
X
Ins3
5
1.112
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------Ins1 - Ins2
-0.2945
0.602059
Ins1 - Ins3
-0.4945
0.602059
Ins2 - Ins3
-0.2
0.567627
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Gráfico de Residuos
residuo
0.8
0.4
0
-0.4
-0.8
0.61
0.71
0.81
0.91
1.01
valor predicho
Contraste de Varianza
Contraste C de Cochran: 0.499846
P-valor = 0.589335
Contraste de Bartlett: 2.08749
P-valor = 0.0272667
Contraste de Hartley: 46.8491
Test de Levene: 1.18892
P-valor = 0.340828
Anexo 5. Contenido de Carbón.
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para carbon2
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 2.0
P-valor = 0.735759
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.944395
P-valor = 0.704895
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Tests para la Normalidad para carbon3
Estadístico chi-cuadrado de bondad de ajuste = 4.8
1.11
1.21
P-valor = 0.308441
Estadístico W de Shapiro-Wilks = 0.821654
P-valor = 0.118115
Puntuación Z para asimetría no calculada.
Puntuación Z para curtosis no calculada.
Comparación de Varias Muestras
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Varianza
Desviación típica
---------------------------------------------------------------------------------------------------carbon1
5
2.718
0.31697
0.563001
carbon2
5
3.62
0.51895
0.720382
carbon3
5
4.064
0.84668
0.920152
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
15
3.46733
0.81675
0.903742
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
---------------------------------------------------------------------------------------------------carbon1
2.09
3.43
1.34
-0.00564334
carbon2
2.74
4.44
1.7
-0.0748858
carbon3
3.17
5.07
1.9
0.387063
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
2.09
5.07
2.98
0.680659
Curtosis típificada Coef. de variación
---------------------------------------------------------------------------------------------------carbon1
-0.868236
20.7138%
carbon2
-0.999283
19.9001%
carbon3
-1.41407
22.6415%
---------------------------------------------------------------------------------------------------Total
-0.32084
26.0645%
Gráfico de Cajas y Bigotes
carbon1
carbon2
carbon3
2
3
4
5
6
respuesta
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
4.70409
2
2.35205
4.19
0.0416
Intra grupos
6.7304
12
0.560867
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
11.4345
14
Gráfico de Residuos
1.3
residuo
0.9
0.5
0.1
-0.3
-0.7
-1.1
carbon1
carbon2
muestra
carbon3
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------carbon1
5
2.718
X
carbon2
5
3.62
XX
carbon3
5
4.064
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------carbon1 - carbon2
-0.902
1.032
carbon1 - carbon3
*-1.346
1.032
carbon2 - carbon3
-0.444
1.032
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Gráfico de Residuos
1.3
residuo
0.9
0.5
0.1
-0.3
-0.7
-1.1
2.7
3
3.3
3.6
3.9
4.2
valor predicho
Contraste de Varianza
Contraste C de Cochran: 0.503197
P-valor = 0.550586
Contraste de Bartlett: 1.08203
P-valor = 0.653298
Contraste de Hartley: 2.67117
Test de Levene: 0.514308
P-valor = 0.610517
Gráfico de Residuos
1.3
residuo
0.9
0.5
0.1
-0.3
-0.7
-1.1
0
3
6
9
12
15
observación
Anexo 6. Contenido de metales.
Comparación de Varias Muestras
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Mediana
Moda
Varianza
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cr1
5
4.886
4.55
4.07043
Cr2
3
14.5633
14.53
0.325733
Cr3
3
14.4667
14.3
0.323333
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
11
10.1382
14.0
27.046
Desviación típica
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Cr1
2.01753
2.91
7.14
4.23
0.200227
Cr2
0.570731
14.01
15.15
1.14
0.185209
Cr3
0.568624
14.0
15.1
1.1
0.85253
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
5.20058
2.91
15.15
12.24
-0.536703
Curtosis típificada Coef. de variación
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Cr1
-1.34783
41.2921%
Cr2
3.91896%
Cr3
3.93058%
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
-1.32226
51.297%
Gráfico de Cajas y Bigotes
Cr1
Cr2
Cr3
0
4
8
12
16
respuesta
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
252.88
2
126.44
57.54
0.0000
Intra grupos
17.5799
8
2.19748
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
270.46
10
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------Cr1
5
4.886
X
Cr3
3
14.4667
X
Cr2
3
14.5633
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------Cr1 - Cr2
*-9.67733
2.49645
Cr1 - Cr3
*-9.58067
2.49645
Cr2 - Cr3
0.0966667
2.79112
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Comparación de Varias Muestras
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Mediana
Moda
Varianza
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Cu1
4
2.66
2.2
1.3148
Cu2
5
11.064
10.22
44.8493
Cu3
5
20.46
17.23
140.202
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
14
12.0186
9.58
111.948
Desviación típica
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Cu1
1.14665
1.89
4.35
2.46
1.47165
Cu2
6.69696
4.53
20.58
16.05
0.558884
Cu3
11.8407
8.94
34.5
25.56
0.329882
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
10.5806
1.89
34.5
32.61
1.75772
Curtosis típificada Coef. de variación
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cu1
1.33149
43.107%
Cu2
-0.45966
60.5293%
Cu3
-1.30016
57.8723%
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
0.332701
88.035%
Gráfico de Cajas y Bigotes
Cu1
Cu2
Cu3
0
10
20
30
40
respuesta
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
711.176
2
355.588
5.26
0.0250
Intra grupos
744.149
11
67.6499
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
1455.32
13
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------Cu1
4
2.66
X
Cu2
5
11.064
XX
Cu3
5
20.46
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------Cu1 - Cu2
-8.404
12.1439
Cu1 - Cu3
*-17.8
12.1439
Cu2 - Cu3
-9.396
11.4494
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.
Comparación de Varias Muestras
Resumen Estadístico
Frecuencia
Media
Mediana
Moda
Varianza
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Fe1
4
31.9825
30.755
17.9428
Fe2
5
73.8
74.44
307.757
Fe3
3
78.01
77.44
3.1507
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
12
60.9133
66.57
576.941
Desviación típica
Mínimo
Máximo
Rango
Asimetría tipi.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Fe1
4.2359
28.36
38.06
9.7
1.2208
Fe2
17.543
55.36
98.04
42.68
0.364896
Fe3
1.77502
76.59
80.0
3.41
0.916438
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
24.0196
28.36
98.04
69.68
-0.25127
Curtosis típificada Coef. de variación
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Fe1
1.03245
13.2444%
Fe2
-0.528214
23.771%
Fe3
2.27538%
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------Total
-1.02027
39.4324%
Gráfico de Cajas y Bigotes
Fe1
Fe2
Fe3
28
48
68
88
108
respuesta
Tabla ANOVA
Análisis de la Varianza
-----------------------------------------------------------------------------Fuente
Sumas de cuad.
Gl Cuadrado Medio Cociente-F
P-Valor
-----------------------------------------------------------------------------Entre grupos
5055.19
2
2527.6
17.62
0.0008
Intra grupos
1291.16
9
143.462
-----------------------------------------------------------------------------Total (Corr.)
6346.35
11
Contraste Múltiple de Rango
-------------------------------------------------------------------------------Método: 95.0 porcentaje LSD
Frec.
Media
Grupos homogéneos
-------------------------------------------------------------------------------Fe1
4
31.9825
X
Fe2
5
73.8
X
Fe3
3
78.01
X
-------------------------------------------------------------------------------Contraste
Diferencias
+/- Límites
-------------------------------------------------------------------------------Fe1 - Fe2
*-41.8175
18.176
Fe1 - Fe3
*-46.0275
20.6943
Fe2 - Fe3
-4.21
19.7875
-------------------------------------------------------------------------------* indica una diferencia significativa.