Espectroscopía NIR en la industria petroquímica y de refinería: la herramienta compatible con ASTM para el control de calidad y la detección de productos - Parte 4
13 dic 2021
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¿Qué es un lubricante?
Un lubricante se define como un producto derivado del petróleo que se utiliza para controlar y reducir la fricción y el desgaste de las piezas móviles de la maquinaria (por ejemplo, en motores y turbinas). El objetivo principal de los lubricantes. es ayudar a proteger y prolongar la vida útil del equipo.
Estos objetivos se logran de las siguientes maneras:
Lubricación al reducir la fricción y el desgaste. El lubricante forma una película entre las partes mecánicas móviles del equipo. De esta forma se reduce el contacto metal con metal y, por tanto, el desgaste.
Refrigeración actuando como disipador de calor. Esto hace que el calor se disipe lejos de las partes críticas del equipo para evitar la deformación debido al aumento de la temperatura.
Protección mediante la construcción de una película. Esta película no se ve afectada por el oxígeno o las sustancias corrosivas y, por lo tanto, evita el daño y la oxidación del metal (herrumbre) y, por lo tanto, también evita el desgaste.
Tipos de lubricantes
En su mayor parte, los lubricantes consisten en aceites a los que se les añaden aditivos y otras sustancias químicas. Hay dos tipos comunes de lubricantes que se basan en el origen del aceite:
1. Lubricantes a base de aceites minerales (Figura 1a) son el tipo más utilizado.
Están compuestos por derivados del petróleo (base stock) a los que se les añaden aditivos sintéticos. Estos tipos de lubricantes se utilizan en aplicaciones donde hay sin requisitos de alta temperatura. Las áreas típicas donde se utilizan lubricantes a base de aceite mineral incluyen: motores, sistemas hidráulicos, engranajes y cojinetes.
2. Lubricantes a base de aceites sintéticos (Figura 1b) son sustitutos de los aceites minerales desarrollados artificialmente.
Son menos comunes y más caros. Los aceites sintéticos se desarrollan específicamente para crear lubricantes con propiedades superiores a los aceites minerales. Por ejemplo, los aceites sintéticos resistentes al calor se utilizan en maquinaria de alto rendimiento que funciona a altas temperaturas.
En la siguiente tabla, se enumeran diferentes tipos de lubricantes con subclases.
Las propiedades físicas de un lubricante (como la viscosidad y la densidad) dependen principalmente del aceite base, mientras que los aditivos ajustan las propiedades químicas, por ejemplo, el índice de acidez o el índice de base. Para cada aplicación, el aceite normalmente se formula para cumplir con las propiedades físicas y químicas requeridas por el cliente. Por lo tanto, existen varios tipos de aceite (tabla 1).
Tabla 1. Diferentes tipos de aceite lubricante.
Tipo de lubricante |
Subclases |
Aceite de automoción |
Aceite de motor Aceite para engranajes Fluidos de transmisión |
aceite industrial |
Aceite hidráulico Aceite de turbina |
| Grasas | |
Fluidos para trabajar metales |
Formando fluidos Fluidos de corte |
Espectroscopia de infrarrojo cercano: una herramienta compatible con ASTM para evaluar la calidad de los lubricantes
La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) ha sido un método establecido para el control de calidad rápido y confiable dentro de la industria petroquímica durante más de 30 años. Sin embargo, muchas empresas aún no consideran de manera consistente la implementación de NIRS en sus laboratorios de QA/QC. Las razones pueden ser una experiencia limitada con respecto a las posibilidades de aplicación o una duda general sobre la implementación de nuevos métodos.
Hay varias ventajas de usar NIRS sobre otras tecnologías analíticas convencionales. Por un lado, NIRS puede medir múltiples parámetros en solo 30 segundos sin ninguna preparación de muestra. La interacción luz-materia no invasiva utilizada por NIRS, influenciada por las propiedades físicas y químicas de la muestra, lo convierte en un método excelente para la determinación de ambos tipos de propiedades.
En el resto de esta publicación, se analizan las soluciones disponibles para lubricantes que se han desarrollado de acuerdo con las pautas de implementación de NIRS de ASTM E1655 (desarrollo de métodos), ASTM D6122 (validación de métodos), y ASTM D8340 (validación de resultados).
Lea nuestras publicaciones de blog anteriores para obtener más información sobre NIRS como técnica secundaria.
Beneficios de la espectroscopia NIR: Parte 1
Beneficios de la espectroscopia NIR: Parte 2
Aplicaciones y parámetros para el análisis de lubricantes con NIRS
La principal aplicación de NIRS para lubricantes es monitorear fácilmente la condición del aceite, es decir, verificar si el aceite aún tiene la calidad adecuada para la correcta lubricación del equipo. Reducir los cambios de aceite innecesarios significa un importante ahorro de costes. Por otro lado, cambiar el aceite con poca frecuencia puede provocar posibles daños en el equipo, lo que lleva a reparaciones costosas. Por lo tanto, optimizar el uso del aceite lubricante es muy importante.
Los siguientes parámetros se pueden correlacionar entre NIRS y los valores de un método principal: viscosidad cinemática, índice de viscosidad, color, densidad, contenido de agua, TAN (índice de acidez total), y TBN (número base total). Se utilizó un gran conjunto de muestras proporcionadas por varias empresas diferentes para desarrollar modelos NIRS funcionales de estos parámetros, incluido el aceite hidráulico, el aceite para engranajes y otros. En algunos casos, no estaba claro para qué aplicación se usaba el lubricante, por lo que se desconocía la identidad exacta del aceite.
Las notas de aplicación más relevantes para el análisis NIRS de lubricantes se enumeran a continuación en Tabla 2.
| Parámetro | Método de referencia | Norma | Notas de aplicación de NIRS | Beneficios NIRS |
|---|---|---|---|---|
| Índice de acidez | Valoración | ASTM D664 |
|
Todos los parámetros se miden simultáneamente en un minuto, sin necesidad de preparación de muestras ni reactivos químicos. |
| Viscosidad cinemática a 40 °C | Viscosímetro | ASTM D445 | ||
| Viscosidad cinemática a 100 °C |
Viscosímetro | ASTM D445 | ||
| Índice de viscosidad | Cálculo | ASTM D2270 | ||
| Número de color | colorímetro | ASTM D1500 | ||
| Contenido de humedad | Valoración Karl Fischer | ASTM D6304 | ||
| Índice de basicidad |
Valoración |
ASTM D2896 | ||
| Densidad | medidor de densidad | ASTM D4052 |
Soluciones a través de modelos de arranque: agilice y simplifique el control de calidad de los lubricantes
Los lubricantes mantienen nuestra vida moderna funcionando sin problemas. Durante el uso, el aceite debe controlarse para comprobar si todavía es de buena calidad o si es necesario cambiarlo.
Los datos aquí obtenidos indican que los lubricantes varían según la aplicación y el proveedor. Esto significa que todavía no hay información suficiente para cada tipo y subtipo de aceite para preparar un modelo lo suficientemente robusto como para transformarlo en una precalibración. Sin embargo, si un socio proporciona las muestras, un estudio de factibilidad puede indicar rápidamente si los espectros NIR se pueden correlacionar con los valores del método primario.
Por lo general, varios parámetros clave, como los números de ácido y base (AN y BN), la viscosidad, el contenido de humedad, el color y la densidad, se determinan en el laboratorio mediante varios métodos químicos y físicos. Estos métodos no solo implican altos costos de funcionamiento, sino que también consumen bastante tiempo.
NIRS, por otro lado, no requiere productos químicos ni preparación de muestras, y proporciona resultados en menos de un minuto. Esta técnica espectroscópica también es lo suficientemente fácil para ser utilizada por personas que no son químicas. Además, se pueden determinar simultáneamente múltiples parámetros químicos y físicos. Los beneficios combinados de esta tecnología hacen de NIRS el solución ideal para muchas mediciones diarias de QA/QC o análisis en línea ad-hoc.
Ejemplo de aplicación: modelo básico para lubricantes con el analizador de líquidos NIRS DS2500
Para el análisis de lubricantes, determinación del índice de acidez (ASTM D664), viscosidad (ASTM D445), contenido de humedad (ASTM D6304), y número de color (ASTM D1500) requieren el uso de múltiples tecnologías analíticas y, en parte, grandes volúmenes de productos químicos. Por lo tanto, el tiempo para obtener el resultado puede ser un proceso bastante largo y costoso.
En este ejemplo, se midieron diferentes muestras de lubricante con un Metrohm Analizador de líquidos NIRS DS2500 en modo de transmisión en todo el rango de longitud de onda (400–2500 nm). La cámara de muestra de temperatura controlada incorporada se ajustó a 40 °C para proporcionar un entorno de muestra estable. Por conveniencia, se utilizaron viales desechables con un paso óptico de 8 mm, lo que hizo obsoleto un procedimiento de limpieza.
Obtenga más información sobre las posibilidades del análisis petroquímico con los analizadores Metrohm NIRS DS2500 en nuestro folleto gratuito a continuación.
Los espectros Vis-NIR obtenidos (Figura 2) se usaron para crear modelos de predicción para la determinación de parámetros clave del lubricante (como los de Tabla 2). La calidad de los modelos de predicción se evaluó mediante diagramas de correlación, que muestran la correlación entre la predicción de Vis-NIR y los valores del método principal. Las respectivas cifras de mérito (FOM) muestran la precisión esperada de una predicción durante el análisis de rutina (figura 3).
Esta solución demuestra que la espectroscopia NIR es excelente para el análisis de múltiples parámetros en lubricantes en menos de un minuto sin preparación de muestras ni uso de reactivos químicos.
En caso de que se deba analizar una gran serie de muestras, también existe la posibilidad de medir muestras de lubricante de forma totalmente automática, como se detalla en nuestra nota de aplicación gratuita a continuación.
Aquí, las muestras se midieron en modo de transmisión en todo el rango de longitud de onda (400-2500 nm) utilizando un Analizador NIRS XDS RapidLiquid en combinación con un 815 Robotic USB Sample Processor, que puede transportar un total de 141 muestras (Figura 4).
Resumen
La espectroscopia de infrarrojo cercano es muy adecuada para el análisis de lubricantes. Los modelos iniciales disponibles se desarrollan y validan de acuerdo con las pautas de ASTM. Los aspectos positivos del uso de NIRS como tecnología alternativa a los métodos primarios son la poco tiempo para el resultado (menos de un minuto), no se necesitan productos químicos ni otros equipos costosos, y Facilidad de manejo para que incluso los trabajadores por turnos y los no químicos puedan realizar estos análisis de manera segura.
Otras entregas de esta serie
Este artículo de blog se dedicó al tema de lubricantes y cómo la espectroscopia NIR se puede utilizar como la herramienta de control de calidad ideal para la industria petroquímica/refinería. Otras entregas están dedicadas a:
Tus conocimientos para llevar
Seminarios web gratuitos sobre espectroscopia bajo demanda de Metrohm
