Técnicas y metodologías para la cuantificación de hollín en aceites lubricantes de motor

Abstract

El hollín es uno de los mayores problemas que acarrean los nuevos motores debido a las técnicas de post-tratamiento y procedimientos para la reducción de las emisiones contaminantes. La presencia de hollín en el aceite lubricante se ve acentuada por la acción de dichos métodos, por lo que es un parámetro que debe ser monitorizado para poder tenerlo controlado y de esta forma evitar problemas en el motor. El hollín en el aceite lubricante es un contaminante que modifica sus propiedades tribológicas y actúa como una agente abrasivo que erosiona los componentes internos del motor que se encuentren lubricados.

Para determinar la concentración de hollín presente en el aceite lubricante de motor, existen varias vías posibles. De entre todas ellas, el análisis termogravimétrico (TGA) es la que prevalece cómo técnica de referencia. Sin embargo, se pueden encontrar varias técnicas, no tan costosas (por equipo/material y tiempo de análisis) que también pueden aportar un valor de la concentración de hollín, estas son las técnicas espectroscópicas. Estas técnicas emplean una fuente de excitación que excita la muestra y luego recogen la respuesta de la misma a la excitación aplicada. Estas técnicas espectroscopias, se pueden organizar en dos grupos principales: la que emplea radiación electromagnética y otras que emplean campos eléctricos y/o magnéticos.

Dentro de la espectroscopia electromagnética, la radiación infrarroja (IR) presenta una gran importancia debido a la versatilidad que posee permitiendo la detección y cuantificación de varios parámetros de interés en el aceite, entre ellos el hollín. Por este motivo, se emplean espectrofotómetros y equipos que poseen sensores que emplean estos principios fisicoquímicos para el análisis del aceite. De una forma similar, existen espectroscopias que alteran el estado original de la muestra aplicándole una perturbación eléctrica. Un caso representativo de este proceso son las espectroscopias de impedancia eléctrica.

A la vista del abanico de posibilidades de elección de la técnica analítica, cabe destacar que cada una de ellas permite obtener la cantidad de hollín presente en el aceite de motor con una precisión diferente y dentro de un período de tiempo más o menos dilatado, sin obviar los requisitos que conlleva su uso. Por esta razón, la selección de la técnica analítica que más se ajuste a las necesidades es un factor relevante a tener en cuenta. Una vez estudiadas todas las alternativas existentes se podrá emitir un juicio que permita la correcta elección de la técnica y equipo para conseguir el propósito de la cuantificación del hollín. No obstante, no hay que pensar que estas técnicas son excluyentes, sino más bien que la conjunción de ellas permitiría obtener una respuesta más completa además de contrastar y verificar así los resultados de concentración de hollín obtenidos.

Soot is one of the biggest problems of the new internal combustion engines due to the post-treatment techniques and procedures to reduce pollutant emissions. The presence of soot in the lubricating oil is intensified by the action of these methods, therefore it is a parameter that must be monitored to keep it controlled and in this way avoid any damage to the engine. Soot in oil is a pollutant that modifies the oil tribological properties and acts as an abrasive agent that erodes the lubricated parts of the engine.

There are several ways to determine the soot concentration in the engine oil. Among them, the thermogravimetric analysis (TGA) is the one that prevails as the reference technique. Nonetheless, other techniques can be found, cheaper (in terms of equipment/material and time for the analysis), that can give the soot in oil concentration, these are the spectroscopy techniques. These techniques employ an excitation source that excites the oil sample and then collect the response to the applied excitation. The mentioned spectroscopies can be organized in two groups: one that uses electromagnetic radiation and other that uses electrical and/or magnetic fields.

Within the electromagnetic spectroscopy, infrared radiation (IR) is of great importance due to the versatility it possesses to allow the detection and quantification of various parameters of interest in the oil, including soot. For this reason, spectrophotometers and equipment with sensors employing physicochemical principles for the oil analysis are used. In a similar way, there are spectroscopies that alter the original state of the oil sample applying an electrical disturbance. A representative example of this process are the electrical impedance spectroscopies.

In view of the range of possibilities to select the analytical technique, it is important to highlight that each one of them allow to obtain the quantity of soot in the engine oil with different precision and within a more or less extensive period of time, without obviating the requirements that its use implies. Therefore, the selection of the analytical technique that better suits the needs is relevant factor to take into account. Once all the existing alternatives had been studied, it will be possible to make a judgement that allows the correct choice of the technique and equipment to achieve the purpose of soot quantification. However, it should not be thought that these techniques are exclusive, but rather that the conjunction of them would provide a more complete response and in addition, the possibility to contrast and verify the results of soot concentration.