Cómo probar el punto de inflamación

Al igual que la viscosidad, la prueba del punto de inflamación siempre ha sido una parte estándar de la especificación de un lubricante. Y, debido a su bajo costo, simplicidad y versatilidad, la prueba también es popular entre la comunidad de análisis de aceite usado. Más comúnmente utilizado como una prueba rápida de aprobación / falla para la dilución de combustible, más aplicaciones han surgido en los últimos años., El analista de laboratorio puede implementar información sobre el punto de inflamación de un aceite usado para solucionar problemas como fallas térmicas, radiación gamma, contaminación por solventes, aceites mezclados (o incorrectos) y contaminación por anticongelante.

¿Qué es un Aceite de Punto Flash?

el punto de inflamación es la temperatura más baja a la que el vapor por encima de la muestra de aceite se encenderá momentáneamente o parpadeará cuando se pase una fuente de ignición sobre ella., El punto de inflamación (típicamente 225 grados C o 440 grados F para los aceites minerales) es una indicación de los riesgos de seguridad de un lubricante con respecto al fuego y la explosión. El punto de inflamación y el punto de fuego ligeramente más alto están cubiertos por ASTM D92 y D93.

sin embargo, el punto de inflamación no debe confundirse con la temperatura de ignición automática (ait), que es la temperatura (típicamente 360 grados C o 650 a 700 grados F para aceites minerales) en la que el vapor de aceite se quemará espontáneamente sin una fuente de ignición., Esta es una propiedad importante de los fluidos hidráulicos resistentes al fuego en sistemas de EHC en turbinas de vapor.

de acuerdo con ASTM, que estandarizó por primera vez la prueba en 1924, el punto de inflamación es la temperatura más baja a la que una fuente de ignición hace que los vapores de la muestra (lubricante) se enciendan bajo condiciones específicas. Se dice que el aceite «destelló» cuando aparece una llama y se propaga instantáneamente sobre toda la superficie.

el aceite parpadea porque una mezcla inflamable resulta cuando se calienta lo suficiente, causando que los vapores emerjan y se mezclen con el oxígeno en el aire., La temperatura del punto de inflamación de un aceite corresponde aproximadamente a una presión de vapor de 3-5 mm Hg.

cuando se aplica una pequeña llama (fuente de ignición) a la superficie del aceite, esta mezcla vaporosa se quemará momentáneamente y luego se extinguirá si se ha alcanzado la temperatura crítica. El calentamiento continuo del aceite (típicamente 50-75° F Por encima de la temperatura del punto de inflamación) hará que se alcance el «punto de fuego». Como su nombre indica, el punto de fuego es la temperatura a la que resulta una llama sostenida (más de cuatro segundos).,

utilizando el punto de inflamación para detectar y cuantificar la dilución del combustible

originalmente, el punto de inflamación se desarrolló con el fin de determinar el peligro de incendio de los combustibles y aceites almacenados o transportados. Sin embargo, combinado con otras pruebas como la viscosidad, el índice de viscosidad y la gravedad específica, el punto de inflamación puede ayudar a revelar tanto la calidad del petróleo crudo del que se derivó el lubricante como la calidad del proceso de refinación.,

el punto de inflamación también puede identificar si el aceite base fue un corte único ancho o estrecho o si representa una mezcla de dos fracciones (dos aceites base de diferentes viscosidades mezclados entre sí). Y, el punto de inflamación puede dar alguna indicación sobre la volatilidad y el contenido de los componentes más volátiles del aceite de prueba. Sin embargo, el punto de inflamación no dice nada sobre la volatilidad del petróleo en su conjunto.

a diferencia de los aceites minerales que comienzan a evaporarse mucho antes de que se alcancen sus puntos de inflamación, algunos sintéticos no se evaporan hasta que comienzan a descomponerse (destilación destructiva)., Por lo tanto, los puntos de inflamación de estos sintéticos pueden variar mucho más que los de los aceites minerales de viscosidades similares convencionalmente refinadas.

si bien hay métodos más precisos para medir la dilución de combustible (por ejemplo, destilación de vapor para gasolina y cromatografía de gases para combustibles diesel y gasolina), el punto de inflamación es muy útil como una herramienta de detección de aprobado/no aprobado que es adecuada para la mayoría de las aplicaciones de análisis de aceite usadas. Debido a los bajos puntos de inflamación de la mayoría de los combustibles, una caída repentina en la temperatura de inflamación en un aceite del cárter generalmente se puede confiar en como una indicación de dilución., Sin embargo, hay excepciones, especialmente en el caso del gasóleo.

debido a que a menudo hay cierta superposición de los constituyentes volátiles de extremo ligero de algunos aceites lubricantes con los extremos pesados del combustible, la presencia de dilución de combustible puede ser menos clara. Esto es particularmente cierto cuando toda la dilución del combustible es el resultado del soplado, es decir, el combustible que entra en el cárter a través de la cámara de combustión.

en tales casos, solo los extremos pesados pueden entrar en el aceite con los extremos ligeros oxidados como parte de los gases de escape., Sin embargo, en caso de fuga de combustible en bruto, incluidos los inyectores de goteo, la totalidad o un porcentaje elevado de los extremos ligeros del combustible pueden mezclarse con el aceite del cárter. Otro factor que influye es que las temperaturas de funcionamiento en caliente del cárter por sí solas a menudo son suficientes para hervir fracciones de combustible de extremo ligero, dejando los extremos pesados menos volátiles y más viscosos mezclados con el aceite y potencialmente indetectables con la prueba del punto de inflamación.

la dilución del combustible reduce la viscosidad de un lubricante., Sin embargo, si la viscometría se utilizó sola para detectar combustible, es posible que se detectara poco o ningún adelgazamiento por las razones descritas anteriormente.

esto se agrava aún más por los efectos a menudo interferentes del espesamiento viscoso del hollín (también un producto de soplado), la volatilidad del aceite base (espesamiento) y el adelgazamiento por cizallamiento del mejorador de VI. Es posible que el aceite del cárter se esté diluyendo por la dilución del combustible (o no si los extremos de la luz hierven), se esté diluyendo por el esquileo del mejorador VI, se esté espesando por la volatilización y se esté espesando por el aumento de la carga de hollín, todo al mismo tiempo.,

en la superficie esto podría parecer un problema que no es un problema si la viscosidad mezclada no está cambiando. Sin embargo, a pesar del efecto de viscosidad neutral, las posibles consecuencias destructivas, incluida la pérdida de dispersancia, protección antidesgaste y estabilidad a la oxidación, representan un riesgo grave.

El Punto de inflamación puede mejorar la capacidad de un programa de análisis de aceite para identificar de manera confiable niveles anormales de combustible. Incluso cuando se utiliza solo como prueba de excepción, puede protegerse contra una conclusión positiva falsa sobre la dilución del combustible a partir de un resultado original de baja viscosidad.,

si, por ejemplo, la baja viscosidad fue causada por un aceite de maquillaje inadecuado (de menor viscosidad), el flash puede confirmar esto indicando que no hay cambio desde la línea de base del nuevo aceite. Sin embargo, es casi seguro que la dilución del combustible registraría un punto de inflamación más bajo con respecto al aceite nuevo de referencia. La figura 3 muestra un gráfico que presenta la relación general entre el punto de inflamación y el porcentaje de dilución (combustible bruto).,

debido a que a menudo toma 30 minutos o más para obtener el punto de inflamación utilizando los procedimientos comunes de Copa abierta Cleveland o copa cerrada Pensky Marten, muchos laboratorios prefieren el procedimiento de copa cerrada a pequeña escala descrito en ASTM D 3828. En este procedimiento (Método A) se preestablece un punto de inflamación objetivo, por ejemplo, 20 – 30° C Por debajo de la nueva línea de base de aceite (Figura 4), que corresponde a una dilución de combustible de 1,5 – 2,0%.

la pequeña cantidad de aceite utilizada (2 ml) permite alcanzar la temperatura objetivo rápidamente, normalmente en 1-2 minutos. El encendedor se aplica entonces para iniciar el flash., Si se obtiene un flash, la prueba falla el aceite, lo que sugiere la posibilidad de dilución del combustible.

en el caso de que un aceite falle en el ensayo de detección del punto de inflamación, se podrían prescribir una o más pruebas de excepción para confirmar y cuantificar la dilución del combustible. Las posibles pruebas de excepción incluyen cromatografía de gases y espectroscopia infrarroja. Así también, la determinación de la temperatura finita del punto de inflamación se puede implementar para estimar el porcentaje de dilución del combustible (Figura 3).

dependiendo de la aplicación, para los motores diesel, un límite de precaución generalmente se establece en alrededor de 1.,5% de dilución (aproximadamente -20 ° C flash) y un límite crítico a una dilución del 3% al 5% (-40° C a -60° C flash). Curvas de calibración específicas de la aplicación basadas en el protocolo de prueba real(Copa abierta, copa cerrada, etc.), marca/grado de aceite de motor y tipo de combustible, mejorará en gran medida la precisión en la traducción de una caída en el punto de inflamación a porcentaje de dilución de combustible.,

Además de la viscosidad y el flash, otras pruebas rutinarias de análisis de aceite que podrían revelar la dilución del combustible incluyen el análisis elemental (concentraciones de aditivos proporcionalmente reducidas), la prueba de manchas secantes, la prueba de craquelado, el olor y la estabilidad a la oxidación (por ejemplo, RBOT y DSC). También se ha informado que el índice de viscosidad cambiará bruscamente debido a la dilución del combustible.

Se ha encontrado que las concentraciones de combustible Diesel en exceso del cinco por ciento causan pérdida prematura de dispersancia, lo que lleva a depósitos y taponamiento de filtros., Esto se puede observar a partir de la prueba del punto de secante o mediante la definición de la relación a entre los insolubles de pentano coagulado y los insolubles de pentano no coagulado (ASTM D 893), a veces llamado índice de dispersión. Un número de índice bajo sugiere dispersión pobre.

otras aplicaciones para pruebas de punto de inflamación en Análisis de aceite usado

no es común que los laboratorios empleen pruebas de punto de inflamación en aplicaciones fuera del análisis de aceite de motor usado., Sin embargo, dependiendo de la aplicación de la máquina, el entorno operativo, el potencial de contaminación y las condiciones de tensión, una prueba de punto de inflamación puede proporcionar la indicación más temprana de ciertas condiciones de falla y causa raíz.

Por lo tanto, su uso debe considerarse en la definición de pizarras de prueba de rutina para todos los programas de análisis de aceite usado. Y, definitivamente debe estar entre varias pruebas de excepción estratégicas utilizadas para confirmar y diagnosticar condiciones no conformes ocasionales marcadas por pruebas de rutina como la viscosidad y la espectroscopia infrarroja., A continuación se muestra una lista de aplicaciones para pruebas de punto de inflamación distintas de la dilución de combustible:

craqueo de aceite Base

ocasionalmente, temperaturas localizadas muy altas pueden conducir a la escisión y la evolución del gas dentro del aceite, reduciendo el punto de inflamación. Esto puede ocurrir debido a las altas temperaturas de inflamación (que no deben confundirse con el punto de inflamación) de las películas de compresión altamente cargadas en los contactos de rodadura de ciertos rodamientos y reductores. También puede ocurrir cuando las temperaturas de la superficie de la máquina son extremadamente calientes debido a la proximidad al vapor o a los hornos.,

la aplicación incorrecta de calentadores de tanque de alta densidad de vatios también puede causar agrietamiento térmico. Y, la aireación de los sistemas hidráulicos comúnmente somete el fluido a temperaturas adiabáticas extremadamente altas cuando las burbujas de aire se presurizan repentinamente (también puede ocurrir en compresores y zonas de carga de rodamientos). En los sistemas hidráulicos, la condición se conoce como micro-dieseling cuando las temperaturas dentro de las burbujas de aire comprimido son lo suficientemente altas como para encenderse automáticamente.,

independientemente de la fuente de calor, si se permite que las temperaturas localizadas del aceite excedan los 550° C, existe un riesgo real de agrietamiento (dependiendo del tipo de aceite y otras condiciones de funcionamiento). El agrietamiento puede conducir a la formación de finos de carbono (coque) y volátiles de bajo punto de ebullición dentro del aceite que reducen la temperatura del punto de inflamación. Además, la exposición a la radiación Gamma, como en el caso de la hidráulica de manejo de combustible en una planta de energía nuclear, puede causar la evolución del gas y un menor punto de inflamación.,

contaminación

debido a que el punto de inflamación es sensible a los componentes de bajo punto de ebullición dentro del aceite, un cambio en el punto de inflamación (hacia arriba o hacia abajo) podría indicar la presencia de un huésped no invitado, es decir, un contaminante. Además del diesel y la gasolina, otros contaminantes comunes de bajo punto de ebullición incluyen el gas natural (motores y compresores de gas) y los disolventes.

la contaminación por Solventes puede encontrarse cuando, por ejemplo, se limpia una caja de engranajes con nafta, queroseno u otro limpiador inflamable. Se sabe que ciertos contaminantes elevan el punto de inflamación., Esto puede ocurrir debido a un alto nivel de contaminación del agua en el aceite, una interferencia común en las pruebas de punto de inflamación. La contaminación del agua también puede dar un flash bajo falso, particularmente en ciertos sistemas de mini-flash que utilizan el cambio en la presión para detectar el flash.

La ebullición del agua puede dar un falso positivo en el combustible, por ejemplo. El agua también puede apagar la llama en los casos en que se utiliza una llama piloto de gas. Una solución para tratar con el agua es agregar partículas de sulfatos de calcio o carbonato de calcio antes de realizar el flash. La centrifugación es otra solución., También se ha informado de que el polvo de carbón y el glicol (anticongelante) pueden sintetizar componentes volátiles de aceite, lo que resulta en un punto de inflamación ascendente.

aceite incorrecto / aceite mixto

como se muestra en la Figura 5, los puntos de inflamación para aceites minerales refinados convencionalmente pueden variar de 165° C para un aceite de viscosidad ISO 22 a un alto 260° C para un aceite de viscosidad ISO 1000. Los puntos de inflamación también varían un poco dentro de los grados de viscosidad según la influencia del tipo de petróleo crudo y el proceso de refinación.,

como se mencionó anteriormente, los lubricantes sintéticos típicamente exhiben puntos de inflamación más altos que sus contrapartes de aceite mineral. Por lo tanto, a veces es posible detectar un aceite incorrecto o mezclado con el uso de pruebas de punto de inflamación. Sin embargo, desde un punto de vista práctico, otras pruebas de rutina como la espectroscopia infrarroja, el bronceado, la viscosidad y el color son más eficaces para alertar a los usuarios de lubricantes incorrectos o mixtos. En estos casos, la prueba de punto de inflamación sirve mejor en un papel de confirmación.,

sustracciones del aceite

un lubricante sometido a altas temperaturas de funcionamiento durante un largo período de tiempo puede perder una parte considerable de sus extremos de luz por evaporación. Algunos lubricantes, debido a la refinación de aceite base y las mezclas «tontas», (una alta viscosidad mezclada con una baja viscosidad para producir una viscosidad media mezclada) son más susceptibles a la volatilización que otros.

además, es posible que el uso rutinario de deshidratadores al vacío a altas temperaturas de entrada pueda causar la evaporación de ciertos aditivos y fracciones de aceite base de bajo punto de ebullición.,

muestreo y manejo de la muestra

para asegurar resultados precisos del punto de inflamación es importante que se presente una muestra representativa al instrumento. Por varias razones, esto es más fácil decirlo que hacerlo. Vale la pena señalar que las precauciones aquí son igualmente ciertas para cualquier prueba (FTIR, cromatografía de gases, etc.) se utiliza para medir contaminantes de bajo punto de ebullición, como el combustible.

muchos combustibles, por ejemplo, se evaporarán del aceite con el tiempo si la muestra no está bien sellada., Y, las fracciones de combustible ligero pueden difundirse literalmente a través de las paredes de ciertos contenedores de muestras, como los de polietileno y polipropileno. En tales casos, se prefieren botellas de plástico y vidrio PET.

también puede haber pérdida de fracciones de combustible ligero cuando se utilizan bombas de muestreo de vacío para extraer aceites de motor calientes de los cárteres. El vacío generado no solo atrae el aceite, sino que puede reducir drásticamente el punto de ebullición del combustible, lo que lleva a su evaporación., Por esta y otras razones importantes, el lugar de muestreo preferido para los aceites del cárter es en la línea de presión entre la bomba y el filtro utilizando un procedimiento de muestreo de zona viva aceptable.

El laboratorio también debe tener precaución. Las muestras no deben dejarse sin tapar, sometidas al vacío o calentadas antes de la prueba del punto de inflamación o de cualquier prueba de dilución de combustible. Hay muchos procedimientos y directrices detallados incluidos en los estándares de punto de inflamación ASTM que deben observarse para asegurar la calidad y la precisión de la prueba.,

pruebas de punto de inflamación estandarizadas para lubricantes

para asegurar la precisión y la calidad, es mejor seguir los procedimientos de punto de inflamación estandarizados y las configuraciones de los instrumentos. Hay muchas pruebas diferentes publicadas por las autoridades de estándares como ISO, ASTM E IP. Sin embargo, solo tres se utilizan comúnmente para lubricantes y fluidos hidráulicos. Y, debido a las diferencias en estos procedimientos, siempre debe citarse una temperatura de punto de inflamación específica para el procedimiento empleado., A continuación se presenta una breve descripción de los tres procedimientos de punto de inflamación (Véase también la Figura 6):

Cleveland Open Cup (COC)

Este procedimiento de prueba utiliza un recipiente metálico abierto que se llena con el aceite de muestra. El aceite se calienta a una velocidad prescrita y periódicamente se pasa una pequeña llama piloto (encendedor) sobre su superficie. Esto continúa hasta que aparece un flash.

La temperatura del aceite se registra como su punto de inflamación., El procedimiento es el más utilizado para presentar las propiedades físicas y químicas de un nuevo lubricante. Sin embargo, en el laboratorio de análisis de aceite usado, el procedimiento puede requerir más aceite del que normalmente está disponible y un tiempo de prueba extremadamente largo.

y, para la dilución de combustible, el límite inferior de sensibilidad puede ser inadecuado porque, al estar abierto, no retiene los vapores el tiempo suficiente para obtener un destello.

Pensky-Marten Closed Cup

Con esta prueba, la muestra se confina en un recipiente cerrado en el que se introduce periódicamente la llama piloto., Además, el lubricante se agita durante el período de calentamiento y se registra la temperatura más baja a la que aparece un flash.

Al igual que con el método COC, se necesita una cantidad considerable de líquido y tiempo para realizar la prueba. Sin embargo, los instrumentos completamente automatizados están disponibles de varios proveedores. En la medición de la dilución de combustible, una ventaja que tiene la Marta-Pensky sobre el método COC es la mejora de la sensibilidad a concentraciones más bajas de dilución de combustible (Figura 7).,

probador cerrado a pequeña escala

Este probador de punto de inflamación a pequeña escala tiene varios nombres (por ejemplo, mini-flash) y es quizás el más adaptable para el análisis rutinario de aceite usado. Mientras que tanto el Pensky-Marten como el COC se pueden usar como un comprobador de aprobado/reprobado, este procedimiento logra la prueba de detección (Método A) con solo 2 ml de líquido en solo 1-2 minutos.

el punto de inflamación finito también se puede obtener (Método B), pero se necesitan más fluido y tiempo., También vale la pena señalar que tanto la repetibilidad como la reproducibilidad de este procedimiento es claramente mejor que las dos pruebas anteriores (Figura 8). Muchos laboratorios de análisis de aceite usado de alta producción utilizan este procedimiento con muestreo automático en el modo de paso/fallo en la detección de dilución de combustible.

conclusiones

el punto de inflamación ha soportado la prueba del tiempo. En muchas aplicaciones de análisis de aceite usado, la prueba del punto de inflamación sigue siendo el método de elección para detectar ciertos contaminantes y Condiciones de lubricante no conformes., En otros casos, el punto de inflamación sirve como una herramienta de diagnóstico confiable o prueba de confirmación cuando ya se ha marcado una condición sospechosa. Y, como casi todo en el mundo del análisis de aceite, el éxito en el uso del punto de inflamación depende de la adhesión cuidadosa a cosas como el manejo de muestras y el protocolo de prueba.

referencia
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