El enemigo silencioso del motor

José Rodríguez, Amparo Zulueta, Arelys Pérez

El azufre es un cuerpo simple de número atómico 16 y símbolo S que pertenece a la familia de los metaloides. Se puede encontrar presente en distintas sustancias en el medio natural, ejemplo: el petróleo crudo.

El contenido de azufre en el petróleo crudo, está muy relacionado con las zonas geográficas de procedencia de los crudos.

Los combustibles que se obtienen del petróleo, pueden variar su % de azufre en dependencia del tipo de crudo y los procesos tecnológicos utilizados. Un elevado contenido de azufre en el combustible diesel, se puede considerar como un enemigo potencial y silencioso para el motor de combustión interna. La presencia de azufre en el interior de los cilindros, en condiciones de altas presiones y en combinación con las bajas temperaturas del sistema de enfriamiento, es la causa principal para la formación de compuestos ácidos durante la combustión.

La cámara de combustión de un motor diesel es como un reactor donde las condiciones de temperatura y presión son muy variables, por lo que un análisis de todos los fenómenos relacionados con la combustión y sus afectaciones en el motor resulta de gran complejidad.
Durante la combustión, el azufre presente en el combustible reacciona con el oxígeno del aire dentro del cilindro para formar óxidos de azufre. El hidrógeno presente se combina con el oxígeno para obtener agua, la cual debe salir en forma de vapor por el conducto de escape del motor.

Teniendo en cuenta lo planteado anteriormente es de gran importancia mantener las temperaturas del motor dentro de los parámetros especificados por el fabricante, ya que las bajas temperaturas del sistema de enfriamiento, en combinación con las presiones existentes dentro del cilindro mas el % de azufre del combustible, son los factores principales que determinan a que temperatura se presenta la condensación ó punto de rocío. En estas circunstancias los óxidos de azufre se combinan con el agua presente de la combustión para formar compuestos ácidos tales como el H2SO3 y H2SO4 que son altamente corrosivos para el motor, y al mismo tiempo aceleran el agotamiento de los aditivos que forman parte de la base alcalina de los lubricantes.

Los distintos caminos teóricos donde se representan los compuestos en fase gaseosa, que por oxidación del azufre conducen a la formación final de los compuestos sulfurosos, se representan en el siguiente esquema.

Fig 1 Fases de transformación del azufre en SO2 , SO3 , H2 SO3 , y H2 SO4 .

Las temperaturas dentro del cilindro juegan un papel importante en la formación de los compuestos sulfurosos, pero no es el único factor a tener en cuenta, ya que las presiones en el cilindro también influyen en el punto de rocío.

Se ha comprobado que al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se presenta el punto de rocío, situación que puede ser mas grave en los motores de gran tamaño que queman combustible residual el cual contiene vanadio y otros metales que actúan como catalizadores, acelerando la conversión del SO2 en SO3.

El siguiente gráfico representa como aumenta la temperatura del punto de rocío con el incremento las presiones y el contenido de azufre.

Fig 2 Influencia de la presión, temperatura y el azufre en el punto de rocío

No existen dudas acerca de la posibilidad de alcanzar el punto de rocío en los cilindros de un motor y por lo tanto la formación de ácido sulfúrico, pero debe destacarse que por las muchas variables que intervienen durante la combustión, resulta imposible determinar por cálculo teórico la cantidad real de ácido sulfúrico que se puede formar, incluso conociendo el contenido de azufre del combustible. Los valores aproximados en la practica, indican que menos de un 5% del total de los óxidos de azufre se condensan para formar ácidos corrosivos. Esto resulta afortunado, ya que de otro modo el desgaste corrosivo sería catastrófico aún usando aceites altamente alcalinos.

El aceite lubricante es de vital importancia en la disminución del desgaste corrosivo, ya que una vez que se han formado los compuestos ácidos en el interior del cilindro la única forma de combatir su efecto corrosivo es con la correcta aplicación de lubricantes con una adecuada base alcalina (BN), que se corresponda con el % de azufre contenido en el combustible utilizado. Por BN se entiende la base alcalina que posee el aceite lubricante para neutralizar los ácidos que pueden formarse durante el funcionamiento del motor, como consecuencia de la combinación, en condiciones muy específicas, de los óxidos de azufre con el agua de la combustión. Esta base alcalina está dada por la incorporación de los aditivos detergentes dispersantes que intervienen en la formulación del aceite para motores.

A modo de orientación se representa el gráfico de BN del aceite lubricante contra el contenido de azufre del combustible, que recomienda un importante fabricante de motores de combustión interna.

Hay que señalar que la base alcalina (BN) no es el único criterio de la capacidad del lubricante, pero si representa la guía mas adecuada para proteger el motor del desgaste corrosivo. El lubricante debe poseer suficiente BN en todo momento, por lo que es necesario realizar el cambio de dicho lubricante antes que los valores de BN desciendan por debajo del mínimo requerido, de acuerdo al % de azufre del combustible utilizado.

Bibliografía

1. Paul D. Hobson. “Práctica de la Lubricación Industrial”. Instituto del Libro. La Habana, 1970.
2. Alphonse Schilling. “Los Aceites para motores y la Lubricación de los motores”. Tomo II. Ediciones Interciencia. Primera Edición Española, 1968.
3. Folleto de Conferencias de la Firma Castrol. H. D. Smith. “Lubricación de motores de propulsión principal de la marina”. Octubre 1990.
4. Manual de fallas de Lubricación. Firma Caterpillar Tractor Company.

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