Monitoreo del contenido de antioxidantes de lubricantes industriales en servicio con voltamperometría

6 feb 2023

Artículo

La prueba de los lubricantes en servicio para determinar su contenido de antioxidantes restante es fundamental para prolongar el tiempo de actividad de los equipos de capital, así como para reducir los costos de funcionamiento y los gastos de reparación. Sin embargo, a menudo no forma parte de los programas de monitoreo de aceite porque el análisis requiere demasiado tiempo y es costoso de realizar. La voltamperometría es un método rápido y establecido para probar el contenido restante de antioxidantes en lubricantes industriales. Mediante el uso de una técnica de medición voltamperométrica moderna y un algoritmo de evaluación avanzado, los analistas pueden probar muestras de manera más eficiente, mejorar la repetibilidad de los resultados y reducir los costos de análisis.

Los siguientes temas se tratarán en este artículo (haga clic abajo para ir a cada uno directamente):

¿Por qué los lubricantes contienen antioxidantes?
¿Por qué es necesario determinar el contenido restante de antioxidantes?
¿Cómo se determinan los antioxidantes por voltamperometría?
¿Qué tan repetible es la determinación de antioxidantes con DPV?
¿Qué tan reproducible es la determinación de antioxidantes con DPV?
¿Qué instrumentos puedo utilizar para la determinación de antioxidantes en lubricantes?
¿Dónde consigo el electrolito para esta aplicación?
Resumen

Los aditivos se utilizan para mejorar o suprimir las propiedades del aceite base o incluso para crear nuevas propiedades.

¿Por qué los lubricantes contienen antioxidantes?

Se utilizan diferentes aceites base como lubricantes dependiendo de su área de aplicación. Los aditivos se utilizan para mejorar o suprimir las propiedades del aceite base o incluso para crear nuevas propiedades.

Un grupo de aditivos de aceite son los antioxidantes. Los antioxidantes prolongan la vida útil de un lubricante al evitar la oxidación del aceite base.

¿Por qué es necesario determinar el contenido restante de antioxidantes?

Entre otros parámetros, se determina el contenido restante de antioxidantes de los aceites en servicio para evaluar el estado del lubricante. Esto sirve para identificar el mejor momento posible para el reemplazo del lubricante.

Por un lado, el aceite debe utilizarse el mayor tiempo posible para ahorrar costes y reducir los residuos innecesarios. Por otro lado, el aceite debe ser reemplazado antes de que una mala lubricación provoque daños a los bienes de capital.

¿Cómo se determinan los antioxidantes por voltamperometría?

El principio del método es que las aminas aromáticas y los fenoles impedidos (que se utilizan como antioxidantes primarios) en la muestra de lubricante se extraen en un electrolito. Luego se miden directamente en esta solución de extracción. La determinación voltamperométrica es posible porque los fenoles impedidos, así como las aminas aromáticas, contienen un grupo funcional que puede oxidarse electroquímicamente. Estos grupos funcionales (es decir, la amina y el grupo fenol) están marcados en rojo en los antioxidantes primarios que se muestran en Figura 1.

¿Qué tan repetible es la determinación de antioxidantes con DPV?

Para verificar el desempeño de un método, se puede determinar un estándar de verificación. Un patrón de control es una muestra con contenido conocido. En el caso de los lubricantes, para los que se desconoce el contenido absoluto de antioxidantes, se utiliza la misma muestra de aceite fresco para la calibración y como patrón de control. Por lo tanto, el resultado debe ser del 100%.

figura 3 muestra la determinación del contenido de antioxidantes remanente en patrones de control de diferentes marcas y tipos de aceite. Cada punto de datos representa la media de determinaciones duplicadas o triplicadas con la barra de error correspondiente.

Para facilitar la evaluación de los resultados, también se muestra en el gráfico (líneas verdes) el límite de repetibilidad según ASTM D6971 para un contenido del 100 %. Los resultados entre 86,7% y 113,3% aún estarían dentro de este límite. La mayoría de los resultados mostrados se encuentran entre 96% y 104%.

¿Qué tan reproducible es la determinación de antioxidantes con DPV?

La repetibilidad refleja las estadísticas de los resultados obtenidos en condiciones idénticas, es decir, el mismo laboratorio, equipo, y operador. Sin embargo, la reproducibilidad es una medida estadística que compara los resultados obtenidos bajo diferente condiciones. Para ello, la misma muestra se analiza en diferentes laboratorios con diferentes equipos y utilizando diferentes operadores.

Figura 4 muestra los resultados para la determinación del contenido de aminas aromáticas en la misma muestra de aceite de turbina en ocho laboratorios diferentes. Dos de los laboratorios utilizaron un sistema manual para el análisis de lubricantes, mientras que los otros seis llevaron a cabo la determinación en un sistema totalmente automatizado. Para la evaluación de estos resultados, también se muestran en el gráfico los límites de reproducibilidad según la norma ASTM D6971.

El contenido medio de aminas aromáticas (antioxidante) encontrado en esta muestra es del 68,8 %. Según la norma ASTM D6971, el límite de reproducibilidad sería del 22,6 % para una muestra con esta concentración. La desviación estándar de reproducibilidad encontrada en esta comparación fue mucho mejor con solo 2,8 %.

¿Qué instrumentos puedo utilizar para la determinación de antioxidantes en lubricantes?

El sistema voltamperométrico que Metrohm proporciona para la determinación de los antioxidantes restantes en los lubricantes es el 884 Professional VA. Este es un sistema de voltametría modular altamente flexible diseñado para análisis de rutina en el laboratorio.

El sistema operado manualmente consiste en el 884 Professional VA que es controlado por el Viva software que se ejecuta en una PC con Windows. Además, viva se encarga de la evaluación de las curvas y del cálculo de los resultados. Al ampliar el 884 Professional VA manual con un cambiador de muestras, dispositivos de dosificación y bombas peristálticas, se puede automatizar el procedimiento de análisis completo, incluida la preparación de muestras. El único paso manual necesario en este caso es colocar la muestra en la gradilla del cambiador de muestras. Figura 5 muestra esta configuración totalmente automatizada en una mesa de laboratorio.

Aunque el tiempo total de análisis por muestra no es menor cuando se utiliza un sistema automatizado, la automatización permite ahorrar casi el 80% del tiempo de análisis durante el cual el operador puede atender otras tareas importantes en el laboratorio. Además, un sistema automatizado también permite que las muestras se procesen fuera de las horas de trabajo habituales, lo que significa que el instrumento analítico se puede usar de manera más eficiente y se puede aumentar el rendimiento de las muestras.

¿Dónde consigo el electrolito para esta aplicación?

El uso del 884 Professional VA no requiere ninguna solución de prueba patentada. En comparación con las soluciones de prueba disponibles comercialmente, los electrolitos necesarios se pueden preparar en el laboratorio por una fracción del costo.

Resumen

La configuración de voltamperometría de Metrohm que se analiza en este artículo mejora la determinación de los antioxidantes primarios en los lubricantes de varias maneras, una de las cuales es relegar la interpretación manual de picos, que consume mucho tiempo, a una cosa del pasado.

Lo que es más importante, el instrumento VA ofrece resultados repetibles y reproducibles que superan los requisitos de ASTM. Además, el sistema permite reducir costos porque no requiere el uso de costosas soluciones de prueba comerciales. Finalmente, si el número de muestras lo requiere, el 884 Professional VA se puede ampliar a un sistema completamente automático en cualquier momento.

Referencias

[1] ASTM International - Subcomité D02.09.0C. ASTM D6810-21: método de prueba estándar para la medición del contenido de antioxidantes fenólicos obstaculizados en aceites de turbina sin zinc mediante voltamperometría de barrido lineal. https://doi.org/10.1520/D6810-21 (consultado el 13 de agosto de 2021).

[2] ASTM International - Subcomité D02.09.0C. ASTM D6971-09(2014): método de prueba estándar para la medición del contenido de antioxidantes de aminas aromáticas y fenólicas impedidas en aceites de turbina sin zinc mediante voltamperometría de barrido lineal. https://doi.org/10.1520/D6971-09R14 (consultado el 01-03-2019).

[3] ASTM International - Subcomité D02.09.0C. ASTM D7590-09(2014): Guía estándar para la medición del contenido de antioxidantes primarios remanentes en aceites lubricantes industriales en servicio mediante voltamperometría de barrido lineal. https://doi.org/10.1520/D7590-09R14 (consultado el 06-03-2021).