Eaboracion de Fluidos de Corte

8/17/2019 Eaboracion de Fluidos de Corte

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA

FORMULACIÓN DE FLUIDOS DE CORTE SEMISINTÉTICOS Y SINTÉTICOSCOMO SUSTITUTOS DE FLUIDOS SOLUBLES

Por: Arturo Andrés Rodríguez Friedrich

INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título deIngeniero Químico

Sartenejas, Abril de 2011


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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR

DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALESCOORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA

FORMULACIÓN DE FLUIDOS DE CORTE SEMISINTÉTICOS Y SINTÉTICOS

COMO SUSTITUTOS DE FLUIDOS SOLUBLES

Por: Arturo Andrés Rodríguez Friedrich

Realizado con la asesoría de:

Tutor Académico: Sabrina Di ScipioTutor Industrial: Marvy Pirela

INFORME DE PASANTÍAPresentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar

como requisito parcial para optar al título de

Ingeniero Químico

Sartenejas, Abril de 2011


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RESUMEN

El sector de los fluidos de corte está compuesto por aceites íntegros, fluidossolubles, semisintéticos y sintéticos. En la mayoría de las industrias livianas seutilizan fluidos de corte de naturaleza soluble, los cuales están compuestos por una

alta porción de aceites minerales. Con base en las dificultades implícitas en laobtención de tales productos, además de la escasez de aditivos anticorrisivos parafluidos de corte solubles, en el Laboratorio de Aplicaciones Técnicas de Clariant Venezuela S.A. se planteó la necesidad de formular alternativas. Entre los objetivospropuestos, se verificó la factibilidad de emplear un compuesto anticorrosivo comúny accesible como la dietilhidroxiamina (DEHA) en la formulación de fluidos de cortesolubles. También se realizó la formulación de productos semisintéticos y sintéticos

que cumpliesen con los requerimientos de desempeño, así como con los estándares decalidad exigidos. La metodología experimental consistió en la elaboración deconcentrados, la verificación de la estabilidad de la emulsión de dichos concentradosen agua, tanto para distintas durezas como temperaturas a lo largo del tiempo, asícomo su desempeño anticorrosivo. En las concentraciones evaluadas para losaditivos presentes en los fluidos de corte, se determinó que la DEHA no cumple conlos estándares de poder anticorrosivo exigidos por la empresa. Por otro lado, se logró

formular un fluido de corte semisintético y otro sintético, que cumplieron con unmínimo de dos horas de estabilidad en microemulsión y dilución, además de lainhibición de corrosión esperada para cumplir con los estándares de calidad de laempresa. El fluido de corte sintético presentó mayor estabilidad y poderanticorrosivo que el semisintético, pero éste último se comporta mejor comolubricante, gracias a la porción de aceite que contiene.

Palabras clave: fluidos de corte solubles, semisintéticos, sintéticos, emulsiones,

inhibición de corrosión.


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DEDICATORIA

A mi familia, por enseñarme que significa el apoyo incondicional. Este trabajo nohubiese sido posible sin ustedes. Lo que he logrado ha sido por haber seguido su

ejemplo. Así estén lejos o cerca, son la razón en la cual encuentro la fuerza necesariapara superar todos los obstáculos en el camino.


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AGRADECIMIENTOS

A Sabrina Di Scipio, por todo el tiempo dedicado a este trabajo, sus correcciones ysu apoyo.

A Marvy Pirela, por la oportunidad de trabajar con el equipo del Laboratorio de Aplicaciones Técnicas de Clariant Venezuela S.A.

A Alied Romero, por todas sus enseñanzas y consejos a lo largo de la pasantía.

A Adriana Acevedo, por toda la ayuda en el día a día del trabajo en el laboratorio.

Al personal de OMS, Yessika Carrero, Jonathan Gómez y Elio Lara por el trato, ladisposición de ayudar y el tiempo compartido.

Al personal del Laboratorio de Control de Calidad, Humberto Rada, Francisco Yovera, Eliandro Altaunji, Nubia Romero, Javier Varela y Julian Arana, por elambiente de trabajo y todas las explicaciones que fueron indispensables.

A María Bejarano, por la colaboración para tener el mejor ambiente de trabajoposible.

A todos los que no nombro pero que forman parte del equipo Clariant por haber

conformado una experiencia tan enriquecedora.

A Anabella Botbol, por su apoyo y por siempre haber estado ahí, en los momentosbuenos y en los malos.


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ÍNDICE GENERAL

NDICE DE TABLAS ixNDICE DE FIGURAS x

INTRODUCCI N 1

CAP TULO 1: DESCRIPCI N DE LA EMPRESA 3CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 9

2.1. Reseña histórica de los fluidos de corte 92.2. Surfactantes 11

2.2.1. Método de Balance Hidrofílico-Lipofílico (HLB) 122.3. Tipos de fluidos de corte 13

2.3.1. Aceites íntegros 13

2.3.2. Solubles 142.3.3. Semisintéticos 152.3.4. Sintéticos 17

2.4. Características de los fluidos de corte 172.5. Corrosión y fluidos de corte 192.6. Productos utilizados 24

CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 32

3.1. Aditivos 323.1.1. Equipos empleados 333.2. Elaboración de concentrados 34

3.2.1. Alcance 343.2.2. Materiales y equipos 343.2.3. Procedimiento 34

3.3. Estabilidad de la emulsión de concentrados emulsionables 37

3.3.1. Alcance 373.3.2. Materiales y equipos 373.3.3. Procedimiento 37

3.4. Prueba de corrosión para fluidos de corte 40


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3.4.1. Alcance 403.4.2. Materiales 403.4.3. Procedimiento 41

3.5. Estabilidad del pH de la emulsión en el tiempo 43

3.5.1. Alcance 433.5.2. Materiales 433.5.3. Procedimiento 43

3.6. Estabilidad del pH de la solución con variación de latemperatura

44

3.6.1. Alcance 443.6.2. Materiales 44

3.6.3. Procedimiento 45CAP TULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIONES 46

4.1. Fluido de corte soluble 464.1.1. Elaboración del concentrado del fluido de corte soluble 464.1.2. Estabilidad de la emulsión del fluido de corte soluble 474.1.3. Prueba corrosión para el fluido de corte soluble 49

4.2. Fluido de corte semisintético 504.2.1. Elaboración del concentrado del fluido de corte semisintético 504.2.2. Estabilidad de la emulsión del fluido de corte semisintético 514.2.3. Prueba corrosión para el fluido de corte semisintético 514.2.4. Estabilidad del pH del corte sintético en el tiempo 51

4.2.5. Estabilidad del pH del fluido de corte semisintético antevariación de temperatura

54

4.3. Fluido de corte sintético 56

4.3.1. Elaboración del concentrado del fluido de corte sintético 57

4.3.2. Estabilidad de la emulsión del fluido de corte sintético 57

4.3.3. Prueba corrosión para el fluido de corte sintético 57


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4.3.4. Estabilidad del pH del corte sintético en el tiempo 58

4.3.5. Estabilidad del pH del fluido de corte sintético ante variación detemperatura

60

4.3.6. Comparación del desempeño de los fluidos de corte 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 63

REFERENCIAS BIBLIOGR FICAS 65


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1. Formulación de aceites íntegro 14Tabla 2.1. Composición de fluido de corte soluble 15Tabla 2.2. Composición de fluido de corte semisintéticos 16

Tabla 2.3. Composición de fluido de corte sintético 17Tabla 3.1. Aditivos utilizados para la formulación del fluido de corte sintético 32Tabla 3.2. Aditivos utilizados para la formulación del fluido de cortesemisintético

33

Tabla 3.3. Aditivos utilizados para la formulación del fluido de corte soluble 33Tabla 4.1. Estabilidad de patrón ante la incorporación de aditivos 48

Tabla 4.2. Estabilidad de productos ante la incorporación de solución deDEHA

48

Tabla 4.3. Concentraciones de producto estable con DEHA en su composición 48Tabla 4.4. Composición del concentrado del fluido de corte semisintético 51Tabla 4.5. Composición del concentrado del fluido de corte sintético 67Tabla 4.6. Comparación de las propiedades de los fluidos de corte sintético ysemisintético

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1. Evolución de las ventas de fluidos de corte 11Figura 2.2. Variación de las propiedades de los fluidos de corte en el tiempo 19Figura 2.3. Corrosión de gota de agua sobre hierro 21

Figura 2.4. Dietanolamina 24Figura 2.5. Trietanolamina 24Figura 2.6. Copolímero aleatorio de óxido de etileno y óxido de propileno derelación “n:m”

25

Figura 2.7. De arriba hacia abajo: ácido oléico, ácido linoléico y ácidopalmítico

25

Figura 2.8. Sulfonato de sodio petróleo 26

Figura 2.9. Poliglicol éter de nonilfenol de “n” moles etoxilados 26Figura 2.10. Arriba, Poliglicol éter a base de alcohol cetílico de 5 molesetoxilados. Abajo, poliglicol éter a base de alcohol oléico de 5 moles etoxilados

27

Figura 2.11. Poliglicol éster de ácido oléico 27Figura 2.12. Poliglicol éster a base de aceite de ricino donde "n" es 36 27Figura 2.13. Etilendiamina 28Figura 2.14. Dietanolamidas de ácido oléico, ácido linoléico y ácido palmítico 28

Figura 2.15. cido bórico, etanolamina, dimetiletanolamina y n-metilethanolamina

29

Figura 2.16. Sal de TEA y ácido capróico 29Figura 2.17. Isobutil éster de: ácido palmítico, ácido linoléico, ácido oléico yácido α -linoléico

29

Figura 2.18. Benzisotiazolinona 30Figura 2.19. Isotiazolinona 30

Figura 2.20. Isotiazolinona clorada 30Figura 2.21. Dietilhidroxiamina (DEHA) 31Figura 2.22. 1-amino-2-propanol 31Figura 2.23. 2-metil-2-amino-1-propanol 31


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Figura 3.1. Montaje para preparación de concentrados con aditivos viscosos 35

Figura 3.2. Montaje para preparación de concentrados con aditivos pocoviscosos

35

Figura 3.3. Posición de la propela luego de haber agregado todos los aditivos

del concentrado

36

Figura 3.4. Adición de agua y producto emulsionable al cilindro graduadopara una concentración al 5% v/v

38

Figura 3.5. Inversiones para la mezcla del agua con el producto emulsionable 38Figura 3.6. Observación de la separación de aceite, agua o formación de nata 39Figura 3.7. Posición de las virutas de hierro sobre el papel de filtro en lacápsula de Petri

42

Figura 3.8. Representación de los grados de corrosión para la prueba convirutas de hierro

43

Figura 4.1. Resultado de la prueba de corrosión para el fluido de corte soluble 49Figura 4.2. Resultado de la prueba de corrosión para el fluido de cortesemisintético

52

Figura 4.3. Variación del pH en el tiempo para microemulsión al 5% v/v enagua de distintas durezas para fluido de corte semisintético

52

Figura 4.4. Variación del pH en el tiempo para microemulsión al 3% v/v enagua de distintas durezas para fluido de corte semisintético

53

Figura 4.5. Variación del pH en función de la temperatura paramicroemulsión al 5% v/v de fluido de corte semisintético

55

Figura 4.6. Variación del pH en función de la temperatura paramicroemulsión al 3% v/v de fluido de corte semisintético

56

Figura 4.7. Resultado de la prueba de corrosión para el fluido de corte

sintético

58

Figura 4.8. Variación del pH en el tiempo para dilución al 5% v/v en agua dedistintas durezas para fluido de corte sintético

59

Figura 4.9. Variación del pH en el tiempo para dilución al 3% v/v en agua de 59


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distintas durezas para fluido de corte sintéticoFigura 4.10. Variación del pH en función de la temperatura para dilución al5% v/v de fluido de corte sintético

61

Figura 4.11. Variación del pH en función de la temperatura para dilución al

3% v/v de fluido de corte sintético

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INTRODUCCIÓNEl proceso de corte de metales como hierro, aluminio, así como el de algunas

aleaciones u otros productos como vidrio o cerámica, consiste en remover fragmentosinnecesarios de una pieza, con la finalidad de obtener la forma, tamaño y superficiedeseada. La fricción que se genera durante esta operación, no solo puede expandir lapieza de forma indeseada o perjudicar su superficie, sino que también puededeteriorar la herramienta empleada bajo condiciones extremas de trabajo,

comprometiendo su precisión y su vida útil. Con la finalidad de reducir estos riesgos,el proceso se realiza empleando fluidos de corte, también conocidos como taladrinaso metalworking fluids en inglés. Los productos utilizados con este fin van desdeaceites íntegros, pasando por aceites vegetales y emulsiones de aceite en agua, hastaproductos más modernos como lo son los fluidos semisintéticos y sintéticos. Laimplementación de estos productos ha pasado a ser indispensable en la industriametalmecánica debido a que su costo es mínimo cuando se compara con el beneficio

que conlleva utilizarlos.Los fluidos de corte solubles son recomendados para las industrias medianas. En

Clariant Venezuela S.A. se ha trabajado con fluidos de esta naturaleza. Un altoporcentaje de su formulación es aceite mineral que, como consecuencia deregulaciones gubernamentales, no es fácil de adquirir en Venezuela. Ante lanecesidad de proponer distintas alternativas, se propuso la investigación de estecampo en el Laboratorio de Aplicaciones Técnicas de Clariant Venezuela S.A.

De esta manera, se plantean los objetivos de este trabajo:

Objetivo General

Proponer una recomendación del uso de fluidos de corte sintéticos y semisintéticoscomo sustitutos de emulsiones de aceites minerales en la industria metalmecánicacomo innovación y con mejores desempeños.


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Objetivos Específicos

Establecer la formulación requerida para obtener fluidos de corte sintéticosy semisintéticos que puedan ser aplicados como sustitutos de emulsiones deaceites minerales.

Evaluar el desempeño de fluidos de corte sintéticos y semisintéticos,comparando la estabilidad de sus emulsiones y propiedad anticorrosiva.

Adicionalmente, se planteo Verificar la posibilidad de utilizar dietilhidroxiamina(DEHA) como aditivo inhibidor de corrosión en la formulación de fluidos de cortesolubles que formen emulsiones estables en agua de dureza alta.

Este trabajo se desarrolla en distintos capítulos. En el Capítulo I, se presenta

una descripción de la empresa Clariant, narrando su historia y detallando susunidades de negocio. Luego, en el Capítulo II, se presentan los fundamentos teóricosrelacionados con los fluidos de corte, haciendo una reseña histórica de su desarrollo,explicando conceptos necesarios para su formulación, así como los distintos tiposexistentes y sus características. En esta sección también se detallan los distintosaditivos utilizados para la elaboración de los concentrados de fluidos de cortesolubles, semisintéticos y sintéticos. En el Capítulo III se presenta una descripción

detallada de la metodología experimental empleada, así como los equipos utilizados.Finalmente, en el Capítulo IV se presentan los resultados de los experimentosrealizados con sus respectivos análisis, así como su las conclusiones yrecomendaciones que resultaron de este trabajo.


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CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA

Clariant es una empresa líder mundial en especialidades químicas. La sedeprincipal de la empresa está ubicada en Muttenz, Suiza, y está representada porsubsedes en 5 continentes, empleando aproximadamente 17500 personas.

Visión:Llegar a ser la compañía líder orientada al servicio y el socio preferido dela industria de especialidades químicas.

Misión: El compromiso de la empresa es con la excelencia del serviciocontribuyendo al éxito de sus clientes. Combina tecnología avanzada y la innovaciónpara aplicaciones tecnológicas teniendo en cuenta su conocimiento de los clientes.

Valores de la empresa (Clariant en América Latina, 2010):

Enfoque al cliente: Concentran sus esfuerzos en satisfacer las necesidadesindividuales de los clientes y los ayudan a fortaleces su competitividad y

capacidades.

Compromiso personal: Logran resultados a través del compromiso personal decada colaborador, del continuo desarrollo de sus capacidades y potencial en laempresa.

Innovación: Utilizan su amplio “saber hacer” y experiencia para implementar

de forma continua nuevos servicios, aplicaciones y productos en el mercado.

Compromiso con accionistas: Su objetivo es generar valor, en beneficio de susaccionistas.

Integridad: Son socios respetuosos, honestos e íntegros en todas sus relacionesinternas y externas.

Sostenibilidad: Contribuyen al desarrollo sostenible mediante la búsqueda del


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equilibrio entre las necesidades ambientales, sociales y económicas.

A lo largo de la historia, la compañía ha tenido varias transformaciones. Clariantfue formada en 1995 a partir de la separación de una de las ramas de la compañíaquímica Sandoz, la cual se estableció en 1886 en Basilea, Suiza. Ha ido creciendo en

los últimos años por la adquisición de nuevas empresas como: Hoechst en 1997, BTPPlc en el año 2000, la división deMasterbatches de Ciba en 2006 adquirió y lasempresas de colorantes Rite Systems y Rincon Colors 2008.

En Latinoamérica, la sede principal de Clariant está ubicada en Sao Paulo,Brasil, pero cuenta con otras sedes administrativas e industriales en Argentina,Chile, Colombia, Guatemala, México, Perú y Venezuela. En cuanto a las ventas porregión a nivel mundial, la región del continente americano está segunda, estandodetrás de la región de Europa.

Clariant Venezuela S.A. tiene sede en Maracay, Estado Aragua, específicamenteen la avenida Anton Phillips, Zona Industrial San Vicente I. Desde ahí se coordinanademás actividades en Clariant Venezuela Maracaibo y en Clariant Site El Tigre.

Clariant se divide en 10 unidades de negocio (Clariant, 2010):

Aditivos: siendo líder en el suministro de ceras y polímeros aditivos para

efectos en plásticos, recubrimientos y otras aplicaciones. Los mercadosclaves de esta unidad son:

o Ceras: velas, pulituras, cosméticos, ceras para cuero, pirotecnia,impresión y recubrimientos de cera para madera y otros materiales.

o Retardantes de llama: termoplásticos, sistemas intumescentes,polímeros termoestables y espumantes y aplicaciones militares.

o Polímeros aditivos: antimicrobianos, antioxidantes, antiestáticos yabsorbentes de luz ultravioleta.

Detergentes e intermediarios: líderes en el suministro de materias primas eintermediaros para detergentes, así como las industrias agrícola yfarmacéutica. Los mercados claves son:


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o Mantenimiento del hogar y limpieza: agentes limpiadores,removedores de polvo, detergentes para el lavado de ropa, lavaplatos,limpiadores líquidos para metales y cerámicas y limpiadoressanitarios.

o Agroquímicos y farmacéuticos: fungicidas, medicinas, herbicidas,fragancias, sabores y colorantes.

Emulsiones: proveedor de emulsiones base agua, polímeros dispersorespara pinturas, revestimientos, adhesivos, construcción, selladores, textiles,cuero y papel. Los mercados principales son:

o Pintura: decoradores interiores y exteriores, barnices, anticorrosivasy para aplicaciones industriales.

o Construcción: aplicaciones para concreto, materiales para techos yembaldosado.

o Adhesivos: maderas, papel, laminación y empacado.

o Textiles, cuero y papel: un gran rango de recubrimientos funcionales.

Industrial y especialidades de consumidores: proveedor de especialidades

químicas y soluciones aplicadas para los consumidores y el mercadoindustrial. Los mercados claves son:

o Pintura, revestimiento y construcción: Aditivos para concreto,agentes dispersantes, antiespumantes, biocidas y surfactantes parala polimerización de emulsiones.

o Cuidado personal: ingredientes para el cuidado de la piel y el cabello,toallas húmedas y aplicaciones farmacéuticas.

o Cuidado del hogar y de la industria: ingredientes para elmantenimiento del hogar y soluciones para la limpieza en industrias.

o Lubricantes industriales: ingredientes para fluidos hidráulicos,fluidos de corte y de desempeño especial.

o Aviación e ingeniería: fundentes para pistas y aeronaves, solventes


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especiales, fluidos para tranferencia de calor, lavado de gases yautomóvil.

o Protección de cultivos: fungicidas, herbicidas y tratamiento desemillas

Sevicios de cuero: proveedor de servicios y químicos para la industria delcuero. Los mercados claves son:

o Zapatos y accesorios: incluyendo carteras y cinturones.

o Automotriz: asientos de cuero y usos asociados.

o Muebles: sofás, sillas, etc.

o Prendas: abrigos, artículos de cuero, etc.

Masterbatches : líderes en la coloración y funcionalidad de plásticos,empaques, bienes de consumo, así como los sectores médicos, textil yatomotriz. Los mercados claves son:

o Empacado: para el cuidado personal y del hogar, para bebidas,alimentos e industrial.

o Bienes de consumo: aparatos eléctricos, artículos deportivos, juguetes y de construcción.

o Médico: incluye dispositivos y empaques farmacéuticos.

o Textil: alfombras, no cocidos y ropa deportiva.

o Automotriz: partes internas y exteriores, así como componentes demotores.

Servicios petroleros y de minería: líder en el suministro de productos yservicios para las industrias de petróleo, refinería y minería. Los mercadosclaves son:

o Producción de químicos y servicios para petróleo y gas:Intermediaros y especialidades de la explotación, producción aguasarriba, tuberías y aspectos relacionados con el agua.


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o Aditivos para la refinación: mejoradores de petróleo y decombustibles, aditivos antiestáticos, antioxidantes, inhibidores decorrosión, aditivos para biodiesel.

o Servicios y químicos para minería: Procesamientos de minerales,

flotación, control de polvo, emulsionantes explosivos, aditivosfertilizantes.

Especialidades de papel: proveedores de blanqueadores ópticos, colorantesy químicos funcionales para papel y empaques. Los mercados claves son:

o Impresión y escritura: papel fotocopiador, para escribir, revistas ypapel de prensa.

o Tejidos absorbentes: papel toilette, pañales, servilletas, pañuelos,toallas para manos.

o Embalaje y cartón: cartones y empaques para alimentos.

o Especialidades no tejidas: máscaras y batas médicas, así como filtrosde aire.

Pigmentos: líder global proveedor de pigmentos y colorantes para

recubrimientos, pinturas, impresiones, plásticos y aplicaciones especiales.Los mercados claves son:

o Impresión: tradicional y sin impacto, así como para pantallaselectrónicas.

o Plásticos y aplicaciones especiales: todas las aplicaciones plásticascomo películas, fibras y aplicaciones especiales, como coloración dedetergentes y acabados cosméticos y de aluminio.

o Recubrimientos: automotriz, industrial, decorativo, arquitectónico ypara cuadros.

Químicos textiles: líder productor de colorantes y químicos para laindustria textil, incluyendo ropa, tapicería, tejidos y alfombras. Losmercados claves son:


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o Ropa: incluye todo tipo de vestimenta y moda.

o Textiles para el hogar: toallas, cortinas, lencería y fibras paramuebles.

o Textiles técnicos: incluyendo aplicaciones médicas, de construcción,deportiva e industrial.

o Alfombras: para interior y para exterior.

o Tecnológía móvil: para aviones, autobuses, trenes, etc.

Esta pasantía se realizó en la unidad industrial de Clariant Venezuela enMaracay. Específicamente en el Laboratorio de Aplicaciones Técnicas para ladivisión industrial en el área de lubricantes industriales.


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CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO

El mundo de los fluidos de corte comprende factores que van desde la formulaciónde un producto cuya emulsión sea estable, hasta las características que debe teneren materia de inhibición de corrosión y lubricación. Es por esto que es necesarioconocer los tipos de surfactantes, así como los mecanismos para evitar la corrosión ylas características de los distintos fluidos de corte. A continuación se presenta la

teoría referente a esto.

2.1. Reseña histórica de los fluidos de corte

El inicio del uso de fluidos de corte se remonta a civilizaciones tan antiguas comola mesopotámica o la egipcia (O'Connoret al ., 1968.). El agua, las grasas animales ylos aceites vegetales fueron los primeros productos utilizados en procesos de corte omoldeado de metales. En las civilizaciones griega y romana se subestimaba elconocimiento relacionado con estas prácticas, ya que estaban relacionadas contrabajadores de estratos sociales bajos y no se veía potencial científico en ellos, por loque no existe documentación que aclare los métodos que se utilizaban en esas épocaspara la manipulación de metales (Singer y Williams, 1957.). Más adelante, a medidaque se fue estudiando la naturaleza de la fricción. La lubricación fue haciéndosecada vez más importante.

De la mano con la revolución industrial y los primeros pasos de la explotación

petrolera, los fluidos de corte fueron tomando cada vez más importancia (Dowson,1979). Alrededor de 1890, la implementación de motores eléctricos y turbinas devapor, produjo máquinas que trabajaban a velocidades más altas, lo cual tuvo comoconsecuencia mayores fuerzas de roce entre las piezas y los equipos. Esto hizoindispensable la invención de fluidos de corte que permitieran trabajar reduciendo elestrés producido sobre las superficies en operaciones de maquinaria pesada. Esta


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necesidad hizo que físicos, químicos, ingenieros mecánicos, entre otros, estudiaranmás a fondo el efecto del fluido de corte en el proceso. Se descubrió que la proporciónentre el costo de la implementación de estos fluidos y el beneficio que se conseguía,favorecía su uso (Byers, 2005).

Como consecuencia de la Primera Guerra Mundial, Estados Unidos no podíaimportar aceite desde Rusia, lo cual hizo que en búsqueda de alternativas seprodujeran lubricantes más efectivos a partir de ácidos grasos y emulsiones (Hutton,1920). Estos primeros productos, surtían efectos colaterales como malos olores,ranciedad y problemas dermatológicos en las personas que los manipulaban. Con lafinalidad de solucionar esto, se le prestó atención a investigaciones de la época, enlas cuales se estaban comenzando a distinguir los tipos de emulsiones (agua en

aceite y aceite en agua). En 1915, cuando se descubre la forma de emulsionar aceiteen agua, surge la alternativa de los fluidos de corte solubles (Byers, 2005).

Los estudios continuaron y volvieron a intensificarse con la Segunda GuerraMundial, período en el que volvió a ser indispensable la rápida producción dearmamento. Se hicieron los primeros estudios relacionados con las virutasresultantes del corte de metales (Ernst, 1938). Uno de los descubrimientos delmomento fue que aproximadamente dos tercios del poder total utilizado en procesosmetalúrgicos son consumidos en el proceso de deformación del metal, mientras queel tercio restante se consume en la fricción resultante del roce contra la virutaproducida (Ernst y Merchant, 1940). Se procedió a estudiar cómo formular fluidos decorte que permitieran reducir la fricción generada y retirar la viruta producida. Sedescubrió que en ciertos procesos la lubricación no era suficiente para reducir lafricción, sino que hacía falta refrigeración. Como el agua siempre ha servido comorefrigerante económico, se buscó la forma de producir fluidos de corte que prestaran

lubricación a partir de aditivos estables en agua. En 1945, el resultado de estainvención fueron los fluidos de corte sintéticos. Dos años más tarde se produciría elprimer fluido de corte semisintético, el cual, a diferencia del sintético, contiene unporcentaje reducido de aceite para mayor poder lubricante, función anticorrosiva yuna refrigeración aceptable (Byers, 2005). A lo largo de los años, las investigacioneshan continuado formulando cada vez fluidos más efectivos. Además, las ventas de


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los fluidos de corte han ido en constante aumento (Figura 2.1) y cada uno de lostipos de fluido de corte antes mencionados ha pasado a ser utilizado según laprioridad en el proceso, prefiriendo, por ejemplo, un fluido soluble si lo que serequiere es lubricación sin corrosión o uno sintético cuando es más importante la

refrigeración.

Figura 2.1. Evolución de las ventas de fluidos de corte (Byers, 2005)

Se han desarrollado tecnologías para la manipulación de metales en las que nohaga falta la implementación de fluidos de corte, como por ejemplo corte con láser uoperaciones en seco. En algunas prácticas se utiliza aire frío comprimido pararefrigerar el proceso, o con pequeñas cantidades de aceite vegetal para lubricar. Peroel uso de fluidos de corte es necesario, cuando se trata de producción a altasvelocidades (Byers, 2005).

2.2. Surfactantes

De los productos que componen los distintos tipos de fluidos de corte, los más

importantes en el caso de los solubles, los semisintéticos y los sintéticos son lossurfactantes, los cuales se describen a continuación.

Un surfactante es una molécula anfífila, es decir, tiene una parte polar y una nopolar. La parte polar posee afinidad por solventes polares, es decir, es hidrofílica,mientras que la otra es hidrofóbica, o lo que es equivalente, lipofílica. Lossurfactantes se pueden clasificar en distintos tipos, según la forma en la que se


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disocian en agua. Los surfactantes aniónicos se disocian en un anión anfífilo y en uncatión. Se suelen utilizar en detergentes, jabones, humectantes, etc. Son lossurfactantes más utilizados y su producción representa el 55% del mercado de lossurfactantes (Salager, 2002).

Los surfactantes catiónicos se disocian en un catión anfífilo y en un anión. Sufabricación es mucho más costosa que la de los dos tipos anteriormentemencionados, por lo que sólo se utilizan en aplicaciones particulares en los que seande utilidad su propiedad bactericida o su facilidad de adsorción sobre sustratos quetienen cargas negativas. Son buenos inhibidores de corrosión y son utilizados tantoen la industria como en el hogar (Salager, 2002).

Los surfactantes no iónicos no se ionizan en agua, por esta razón se puedenmezclar con los demás surfactantes así que se pueden encontrar en la mayoría de lasaplicaciones para surfactantes, especialmente en la fabricación de fármacos,cosméticos y alimentos debido a su baja toxicidad. Esto también los hace menossensibles a electrolitos o cationes divalentes. Su producción representa alrededor del40% del mercado de los surfactantes (Salager, 2002). Estos surfactantes, a diferenciade los iónicos, se vuelven menos hidrosolubles a medida que aumenta latemperatura. Para una específica, el surfactante forma una fase separada en formade gotas pequeñas que causan turbidez antes de separarse por gravedad. Latemperatura a la cual ocurre esto se denomina punto de nube o de turbidez.

2.2.1. Método de Balance Hidrofílico-Lipofílico HLB)

La formulación de fluidos de corte que incluyen tanto aceite como agua en suformulación (solubles y semisintéticos) se basa en las proporciones necesarias deestos dos compuestos, así como los surfactantes y demás aditivos implicados para

conseguir las características deseadas en el fluido. Este proceso suele basarse entanteos, pero hay ciertas herramientas, más cualitativas que cuantitativas, quepermiten indicar hacia donde deben moverse las proporciones. Una de estasherramientas es el Balance Hidrfílico-Lipofílico (HLB). Este método fue introducidopor Griffin en 1949. Consiste en una escala relacionada con las propiedadestensoactivas y emulsionantes de los surfactantes. Se fijó asignándole 1 al ácido


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oléico y 20 al oleato de potasio. Cabe destacar, que estos no son los extremos de laescala, es decir, existen surfactantes con HLB mayor de 20. Esta propiedad secomporta linealmente respecto a las fracciones en peso cuando se mezclansurfactantes distintos, como indica la ecuación 2.1 (Salager 1998).

(2.1)

donde:: HLB de la mezcla de surfactantes 1 y 2: HLB del surfactante 1: HLB del surfactante 2

: Fracción en peso del surfactante 1: Fracción en peso del surfactante 2

La linealidad de la Ecuación 2.1 se ve comprometida para valores de HLBsuperiores a 14. Su mejor desempeño es para valores entre 4 y 14. Para la máximaestabilidad de una emulsión de aceite en agua, cada aceite tiene un comportamientoparticular. El HLB que se necesita para estabilizar cada aceite en dicha emulsión seconoce como el HLB requerido del aceite. Se ha determinado que la estabilidadabsoluta de las emulsiones es superior para mezclas de surfactantes distintos,comparada con la de surfactantes puros. A pesar de ser un método muy utilizadopara la formulación de emulsiones, hay que tomar en cuenta que le falta precisiónen muchos casos, ya que no toma en cuenta factores como la concentración delsurfactante, la presencia de alcohol o el efecto de la temperatura (Salager, 1998).

2.3. Tipos de fluidos de corte

Como se ilustró en la reseña histórica, a lo largo del siglo XX se han inventadodistintos tipos de fluidos de corte que van desde aceites íntegros hasta productos

sintéticos. A continuación se presentan sus características y sus distintasaplicaciones.

2.3.1. Aceites íntegros

Uno de los tipos de fluido de corte empleado son los aceites íntegros. Estosconsisten en aceites minerales o vegetales que no son diluidos en agua. Los aceites


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parafínicos ofrecen mejor estabilidad oxidativa, así como menor generación de humodurante la operación. Sin embargo, algunos de los aditivos empleados en aceitesíntegros son más compatibles con aceites nafténicos. Por razones ambientales,resulta más sano utilizar aceites vegetales, ya que, aunque sean más costosos que

los aceites minerales, son más fáciles de desechar por el hecho de serbiodegradables. Este tipo de fluido de corte ofrece excelente lubricación y sonutilizados en las operaciones más pesadas. Su formulación consta de grasa de cerdo,sebo, aceite de palma o de coco. Estos productos contienen ésteres metílicos, loscuales evitan la degradación de ácidos grasos, además de proveer más afinidad conlas superficies metálicas. Para operaciones a presiones extremas, se les agregaaditivos sulfurizados y fosfatados, así como parafinas cloradas (Byers, 2005). La

formulación común de un aceite íntegro es semejante a la que se presenta en laTabla 2.1.

Tabla 2.1. Formulación de aceites íntegros (Byers, 2005)

Producto % Aceite Mineral o Vegetal 90

Aceite de Manteca de Cerdo o Sebo 6 Aditivos Varios 4

La desventaja de la implementación de aceites íntegros es el alto costo deoperación cuando se comparan con otras opciones, además del riesgo de humo eincendios y corta vida útil de la maquinaria como consecuencia de la ausencia derefrigeración cuando se trabaja con estos productos.

2.3.2. Solubles

Los aceites solubles en agua son los fluidos de corte más comunes y másutilizados. Comprenden aproximadamente el 65% del mercado de los fluidos decorte. La dilución más común es al 5% en agua. El componente mayoritario es elaceite, preferiblemente nafténico o parafínico. Otros aceites tienen viscosidades másaltas, lo cual hace que sea más complicado emulsionarlos en agua. Normalmente seutilizan aceites minerales. Es posible trabajar con aceites vegetales pero laformulación es totalmente distinta en estos casos, además de que la característica


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biodegradable de los aceites vegetales no es una ventaja cuando se habla deldesempeño del fluido soluble, ya que puede propiciar una elevada presencia debacterias. Aproximadamente el 85% del fluido es aceite, pero los aditivos másimportantes son los emulsificantes. Como consecuencia de la alta concentración de

agua en la emulsión, es necesaria la presencia de inhibidores de corrosión comosulfonato de calcio y alcanolamidas. La presencia de inhibidores de corrosiónsolubles en agua que contengan boro es positiva, ya que además aportan estabilidadbiológica, pero de todos modos se agregan biocidas para evitar la ranciedad. Esnecesario que el pH de la emulsión sea ligeramente alcalino (entre 8,8 y 9,2) con lafinalidad de evitar corrosión; para esto suelen agregarse aminas a la fórmula. Elaspecto de la emulsión es lechoso. Aunque gotas pequeñas formen una mejor

interfase lubricante entre la herramienta y la pieza, es preferible que las gotas de laemulsión sean más grandes, ya que esto simplifica el tratamiento de desechos yevita la formación de espuma. La ventaja principal de los fluidos solubles sobre losaceites íntegros es el costo, ya que son diluidos en agua, además de ofrecer mejorrefrigeración, pueden funcionar en maquinaria que trabaje a velocidades más altas yson menos nocivos para la salud. La ventaja de los aceites íntegros es menosranciedad, más lubricación, mayor resistencia a la formación de bacterias y no

corren el riesgo que corren los solubles de desestabilizarse cuando se mezclan conagua de alta dureza (Byers, 2005). La composición del concentrado de un fluido decorte soluble se presenta en la Tabla 2.2.

Tabla 2.1. Composición de fluido de corte soluble concentrado (Byers, 2005)

Producto % Aceite 68

Surfactantes 17Lubricantes 10

Inhibidores de Corrosión 3Biocidas 2

2.3.3. Semisintéticos

Los fluidos de corte semisintéticos, al igual que los solubles, contienen aceite


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mineral en su formulación, generalmente entre 5 y 30%. Pero al mismo tiempo sonfluidos de base agua, al igual que los sintéticos. Lo que sucede es que en estos fluidosse forma una microemulsión de aceite en agua, la cual es translúcida. El principio essemejante al de los fluidos solubles, pero la proporción de emulsificantes con

respecto al aceite debe ser mucho mayor. En general se utilizan alcanolamidas,ésteres y compuestos etoxilados. Si se desea estabilizar la emulsión con agua de altadureza, es necesario formular con surfactantes no iónicos y amidas. Para controlarla claridad y la viscosidad del producto se utilizan glicoles y ácidos grasos. Sepueden utilizar inhibidores de corrosión solubles en aceite, pero éstos tienen que sera su vez emulsificantes, por lo que es preferible utilizar inhibidores de corrosiónsolubles en agua. Las alcanolaminas y la trietanolamina son productos que ayudan a

regular el pH del fluido, el cual debe ser alcalino. Los aditivos para la lubricacióntambién pueden ser solubles tanto en agua como en aceite. En algunos casos esnecesario agregar inhibidores de espuma. Se suele incorporar biocidas a laformulación. Para producirlos, es necesario agregar primero el aceite, lossurfactantes y los demás aditivos antes de agregar el agua. El control de calidad delproducto debe hacerse antes de incorporar el agua. Los fluidos semisintéticos tienenal mismo tiempo algunas de las características de los solubles y los sintéticos. Las

principales ventajas de estos fluidos son el buen control de temperatura, la limpiezadel sistema en el que se utilizan y la resistencia a la ranciedad y a la formación debacterias y hongos. A su vez lubrican menos que los fluidos solubles pero más quelos sintéticos (Byers, 2005). Su composición general usual se presenta en la Tabla2.3.

Tabla 2.2. Composición de fluido de corte semisintéticos (Byers, 2005)

Producto %Surfactantes (Varios) 21,5

Aceite 15Inhibidores de Corrosión 6

Biocidas o Fungicidas 2 Agua 55,5


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2.3.4. Sintéticos

Los fluidos de corte sintéticos son a base de agua y no contienen aceite mineral ensu formulación. El alto porcentaje de agua en su formulación los convierte en lamejor alternativa cuando la prioridad en la operación es la característica

refrigerante del fluido. Al mismo tiempo su propiedad lubricante es limitada. Elmayor problema del agua es que causa corrosión, por lo que cuando se formula unfluido de corte sintético se incorporan múltiples inhibidores de corrosión. Uno de losaditivos utilizados es la etanolamina, ya que funciona como inhibidora de corrosión yestabilizadora de pH. Otros inhibidores pueden ser ésteres de boratos, benzotriazol ymolibdato de sodio. Para la lubricación se utilizan glicoles, ésteres ypolialquilenglicoles, lo importante es que sean solubles en agua. La ausencia de

aceites y el alto pH hace que sea improbable la formación de bacterias. Por otro lado,la formación de hongos es posible, por lo que se agrega un inhibidor o fungicida. Lacomposición general de fluidos de corte sintéticos se presentan en la Tabla 2.4.

Tabla 2.3. Composición de fluido de corte sintético (Byers, 2005)

Producto % Agua 70

Inhibidores de Corrosión 10Estabilizador de pH 5Lubricantes (Varios) 13

Fungicidas 2

2.4. Características de los fluidos de corte

La formulación de fluidos de corte, pasa por incorporar los aditivos disponibles enlas proporciones necesarias para conseguir las características que se nombran acontinuación.

Una de las propiedades que se toma en cuenta inicialmente al formular un fluidode corte, es la estabilidad del concentrado. Debe ser traslúcido y no presentarningún tipo de enturbiamiento o separación de fases. En el caso de los fluidossolubles, la propiedad más importante es la estabilidad de la emulsión que se


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consigue al diluir el concentrado en agua. Dicha emulsión debe mantenerse establepor un período de tiempo, determinado por el fabricante. En el caso de los productosClariant, la emulsión de los fluidos de corte solubles debe conservarse estable por unmínimo de dos horas. Una de las propiedades utilizadas para evaluar la estabilidad

las emulsiones en el tiempo es el pH. El potencial de hidrógeno, o pH, es el logaritmode la concentración de H+ cambiado de signo (Petrucciet al. , 2003). Para el correctodesempeño de un fluido de corte soluble, semisintético y sintético, es necesario queeste valor permanezca entre 8,8 y 9,2, con la finalidad de garantizar que permanezcaestable y no cause corrosión. También es importante el desempeño del fluido en aguade alta dureza, para estos casos, los fluidos sintéticos presentan menos problemasque los semisintéticos y los solubles. La dureza del agua se define como la

concentración de iones metálicos, normalmente Ca2+

, Mg2+

y Fe3+

. Puede tratarse decantidades variables de sustancias disueltas desde unas pocas ppm hasta quizás1000 ppm (Petrucciet al. , 2003). Dependiendo de esta concentración puede tratarsede aguas blandas o duras. El problema del agua dura en el caso de los fluidossolubles, es que uno de los emulsificantes más usados en estos productos es elsulfonato de sodio. Éste se vuelve sulfonato de calcio en presencia de iones calcio yeste producto no es emulsificante, por lo que desestabiliza la emulsión y causa

separación de aceite. Esto sucede en agua de alta dureza (más de 200 ppm),mientras que en aguas blandas (durezas menores a 100 ppm) suele formarseespuma. La ausencia de espuma es necesaria, ya que la formación de la mismaentorpece el desempeño del fluido. Otros emulsificantes empleados en la formulaciónde fluidos de corte, tienen un comportamiento semejante al del sulfonato de sodio.Es por esto que son más fáciles de formular en aguas de dureza intermedia(alrededor de los 200 ppm). Se procura que el fluido no deje residuos ni en la pieza ni

en la maquinaria y en caso que sea inevitable, por lo menos sea fácil de limpiar. Lainhibición de corrosión es una característica indispensable de los fluidos de corte.Dado que el agua es parte de la formulación de tres de los tipos de fluidos de corte,la presencia de inhibidores de corrosión en la formulación es imprescindible. De lamano con esta propiedad, la necesidad de lubricación es la razón más recurrente porla que se utiliza un fluido de corte. Dependiendo de las características de la


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operación, la refrigeración aportada por el fluido puede ser decisiva a la hora depreferir la implementación de un tipo de fluido u otro. Un último factor importantees el control microbiológico. Es necesario mantener la presencia de bacterias yhongos tan reducida como sea posible, ya que algunos componentes de los fluidos de

corte pueden ser alterados y producir un efecto totalmente contrario al deseado.Un fluido de corte tendrá en su formulación entre 10 y 20 compuestos distintos.

Además se verá sometido a variaciones de temperatura y presión. Al mismo tiempo,cada cliente tendrá un mecanismo distinto para almacenar el concentrado o laemulsión en agua, dependiendo del tipo de fluido de corte. Por estas razones, laconcentración de los distintos componentes cambiará a lo largo del tiempo, así comosus propiedades (Figura 2.2). Evaluar la concentración por separado de cada uno no

resulta rentable, por lo que se suele determinar un rango dentro del cual debemantenerse una propiedad (por ejemplo, pH) para garantizar el buen desempeño delfluido y se monitorea.

Figura 2.2.Variación de las propiedades de los fluidos de corteen el tiempo (Byers, 2005)

2.5. Corrosión y fluidos de corte

La mayoría de los fluidos de corte tienen una alta concentración de agua en sufórmula. Esto es bueno desde el punto de vista del costo del producto y por la no

pH

Concentraciones esperadas

V a l o r e s

d e

C o n c e n

t r a c

i ó n

Tiempo


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utilización de productos contaminantes, pero a la vez representa un problema, yaque el agua promueve la corrosión de los metales con los que se pone en contacto. Lacorrosión es el deterioro de un metal a causa de una reacción de óxido-reducción conel medio ambiente. La mayor parte de los metales utilizados, como el hierro, el cobre

o el aluminio, son en realidad productos obtenidos a partir de reacciones y lacorrosión es el proceso electroquímico en el que los metales se oxidan (desprendenelectrones) con la finalidad de ir a un estado energético más estable y así regresan asu estado natural.

La corrosión depende del tipo de metal y del ambiente. Según estos factores puedetratarse de ligeros cambios superficiales o de la desintegración total del metal. Enambientes de poca humedad, metales como la plata o el cobre pueden verse

superficialmente decolorados. Esto es un tipo de corrosión que no destruye el metal,pero puede tener como consecuencia que se generen grietas y pasar a estadospeores. En ambientes en los que la corrosión se ve más favorecida, se puede ver queel aluminio y el zinc se vuelven blancos, mientras que el cobre se vuelve verde. Losmetales ferrosos son especialmente afectados en ambientes húmedos.

Para que ocurra corrosión, tiene que haber un flujo de electrones en el que elmetal los libere y otra parte del ambiente los reciba (se reduzca). El medio para queesto suceda suele ser agua por su contenido de iones libres, ya que el agua como talno es un medio conductor, sino el medio que se reduce. Si se observa una gota sobreuna superficie de hierro (Figura 2.3), el centro dentro de la gota se comporta comoun ánodo, es decir, el metal libera sus electrones (Ecuación 2.2a). Hacia el borde dela gota, donde la concentración de oxígeno es mayor, ocurre la reducción del agua, esdecir, se comporta como cátodo, formando iones hidróxido (Ecuación 2.2b). El metaly los iones hidróxido de combinan para estabilizarse (Ecuación 2.2c). En el caso del

hierro, ocurre una reacción más, volviendo a combinarse con oxígeno y agua,formando así el compuesto rojizo conocido como hidróxido férrico (Ecuación 2.2d).

(2.2a)

(2.2b)


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(2.2c)

(2.2d)

Figura 2.3. Corrosión de gota de agua sobre hierro (Byers, 2005)

En el caso de otros metales, hay distintas variaciones, pero el principio de lacorrosión es similar. Al mismo tiempo, la corrosión se puede dividir en distintostipos. Si en lugar de hablar de una gota sobe un metal hablamos de un metalsumergido en un fluido conductor, ocurre el mismo efecto pero a lo largo de toda lapieza de manera casi uniforme.

La corrosión se favorece en medios electrolíticos, ya que la mayor concentraciónde iones fomenta el flujo de electrones y así la corrosión. Esto se puede ver si secompara el efecto del agua pura con el del agua de mar. La presencia de electrolitosno solo incrementa la conductividad del medio, sino que también pueden reaccionarcon la superficie metálica, aumentando el grado de corrosión.

Como se vio en el caso de la gota, la diferencia de concentración de oxígeno (baja

en el centro de la gota y alta en su borde) es lo que acciona el mecanismo decorrosión, por lo que una diferencia considerable en la concentración de oxígeno a lolargo de la superficie de una pieza (una parte sumergida en un fluido de corte y laotra al aire libre) también promueve la corrosión.

Un tipo de corrosión, que es utilizado en baterías comerciales, es el definido comocorrosión bimetálica. Consiste en conectar o poner en contacto dos metales dentro de


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un medio conductor. Lo que sucede es que el metal con mayor capacidad de liberarelectrones (el más electropositivo) es el que se oxidará, mientras que el otro (másnoble) se mantendrá intacto y su único cambio será la mayor concentración deoxígeno sobre su superficie.

Algunos metales están en la capacidad de formar una capa protectora en susuperficie en el momento en el que son puestos en contacto con oxígeno. Si esta capase retira constantemente, erosionando la superficie del metal, el mismo se ve cadavez más vulnerable a la corrosión.

Cuando la corrosión ocurre en un área pequeña de la pieza, se pueden formarpicaduras. Esto sucede, por ejemplo, cuando se raya el recubrimiento protector de unmetal. El resto de la superficie con capa protectora funciona como un cátodo y lafracción rayada del metal se oxida y puede llegar a causar la formación de un huecoen la pieza.

Todos los tipos de corrosión explicados hasta ahora, difieren quizás de la forma enla que ocurren y en cómo son accionados, pero la reacción como tal es la misma. Untipo totalmente distinto de corrosión es el inducido por bacterias, ya que en estecaso, aunque siga tratándose de una reacción, el paso inicial para que ocurra es denaturaleza biológico. En presencia de fluido de corte pueden formarse dos tiposdistintos de bacterias, las que se generan en agua que necesitan oxígeno llamadasbacterias aeróbicas, y las que requieren de ausencia de oxígeno para reproducirse,llamadas bacterias anaeróbicas.

Las bacterias aeróbicas necesitan de oxígeno y nitrógeno para sobrevivir. Puedencausar corrosión directa o indirectamente. Una de las formas indirectas en las queafectan, es atacando los compuestos de cadenas largas del fluido de corte, como los

lubricantes y los surfactantes, los cuales suelen tener nitrógeno en sus estructuras.Se forman cadenas pequeñas, las cuales reaccionan con el oxígeno disuelto en elfluido volviéndose ácidos, causando ranciedad y reduciendo el pH del fluido, lo cualpromueve la corrosión.

Las bacterias anaeróbicas reducen sulfato para sobrevivir. Esto tiene comoconsecuencia la formación de sulfuro que puede reaccionar con superficies metálicas.


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En el caso del hierro, se forma sulfuro ferroso o sulfuro de hierro (II), el cual seobserva como una capa negra en la superficie de las piezas de hierro que ademáscausa mal olor. Otro problema de las bacterias, es que unas favorecen laproliferación de las otras. Las aeróbicas consumen el nitrógeno y el oxigeno

acidificando el medio para generar hidróxido férrico y reduciendo la concentración deoxigeno disuelto en el fluido hasta el punto que las anaeróbicas pueden empezar areducir los sulfatos para generar el sulfuro de hierro (II).

Siendo la inhibición de corrosión una de las características más importantes de unfluido de corte, se puede ver a partir del análisis de los distintos tipos de corrosiónque el mecanismo para inhibirla consiste en evitar el ataque ambiental sobre elmetal. Esto se logra formando una película sobre la pieza, la cual inhibe el contacto

del metal con su entorno. La capa se forma por ácidos grasos y otras moléculas deconfiguración semejante, las cuales orientan su parte afín a la superficie metálicahacia esta y la otra parte de la molécula hacia el ambiente. Esto forma una películaimpermeable al agua y al oxígeno. Es importante aclarar que los fluidos que sondiseñados con el principio de ser rociados o aplicados durante la operación no sonaptos para inhibir la corrosión por largos períodos de tiempo. Solo cumplen sufunción si son aplicados durante operaciones relacionadas con la manipulación de

metales. La circulación constante del fluido impide el ataque de bacteriasanaeróbicas, y la presencia de biocidas evita el ataque de bacterias aeróbicas sobrelos componentes del fluido.

Es necesario tomar en cuenta varios aspectos a la hora de utilizar un fluido decorte como inhibidor de corrosión. El primero es escoger un fluido de corte formuladopara la función deseada. Fluidos para la inhibición de corrosión del hierro pueden noser tan efectivos sobre aluminio o cobre. En el caso de los fluidos que tienen agua en

su formulación, mientras mayor sea la dureza del agua, más inconveniente resultapara cumplir su función anticorrosiva, ya que degradará las características delfluido con el que se mezclen. La dilución del fluido en agua es importante, ya que siestá formulado para trabajar al 5%, una mezcla al 3% no sólo diluye de más losinhibidores de corrosión, sino que puede propiciar ataques biológicos. De igualforma, si se trabaja por encima de la formulación recomendada, no sólo es


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perjudicial desde el punto de vista económico, sino que puede variar las propiedadesde la solución de forma no deseada.

2.6. Productos utilizados

Entre los productos utilizados en distintas aplicaciones se encuentra ladietanolamina o DEA (Figura 2.4). Es un líquido incoloro utilizado en la industriacosmética, ceras, como absorbente de gases ácidos o en especialidades textiles. Esnociva para la salud. En los fluidos de corte es utilizada como estabilizador de pH.

Figura 2.4. Dietanolamina (DEA)

Además de la DEA, la trietanolamina o TEA (Figura 2.5) también es utilizadacomo estabilizadora de pH. Es un líquido incoloro menos nocivo que la DEA pero nodeja de ser dañina, a la vez es menos efectiva. Tanto la DEA como la TEA sonutilizadas en la formulación de fluidos de corte semisintéticos y sintéticos.

Figura 2.5. Trietanolamina (TEA)

Entre los productos que no son producidos por Clariant utilizados para laformulación de fluidos de corte se tienen copolímeros aleatorios de óxido de etileno yóxido de propileno. Estos productos son aditivos solubles en agua con propiedadeslubricantes. En la Figura 2.6 se observa la estructura general del polímero. Sufórmula se define según la relación moléculas de óxido de etileno por moléculas de

óxido de propileno enlazadas o relación “n:m”. Los productos utilizados para laformulación de fluidos de corte sintéticos tienen relación 2:1 y 4:1.

Los ácidos grasos brindan características tanto emulsionantes como inhibidorasde corrosión, por lo que se pueden utilizar en la composición de fluidos solubles ysemisintéticos. Se utilizaron en forma de ácidos grasos de aceite de resina. El aceitede resina es una mezcla de componentes ácidos que se obtiene a través del


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procesamiento de madera. Aproximadamente el 32% del producto son los ácidosgrasos presentados en la Figura 2.7 (ácido oléico, palmítico y linoléico) (Grant, 1987).

Figura 2.6. Copolímero aleatorio de óxido de etileno y óxido depropilenode relación “n:m”

Figura 2.7. De arriba hacia abajo: ácido oléico, ácido linoléico yácido palmítico

Clariant ofrece cerca de 800 productos relacionados con la formulación de fluidos

de corte, entre los cuales se tienen surfactantes aniónicos, surfactantes no iónicos,alcoholes grasos etoxilados, ácidos grasos etoxilados, dietanolamidas de ácidosgrasos, productos a base de ácido bórico, inhibidores de corrosión solubles en agua,lubricantes, biocidas, entre otros. En el Laboratorio de Aplicaciones Técnicas deClariant Venezuela S.A. se tiene a disposición alrededor de 20 productosrelacionados con el área, los cuales a la vez son de los más versátiles. Por razones deconfidencialidad no se especifica el nombre comercial de los productos utilizados,

pero se explica la estructura y la función de cada uno de ellos.Uno de los surfactantes iónicos es el sulfonato de sodio petróleo. Este

emulsionante aniónico funciona como co-surfactante y tiene propiedadesanticorrosivas. Es insoluble en agua y soluble en aceites minerales, en la Figura 2.8se muestra la molécula de este compuesto, donde “R 1” es una cadena de 15 a 30

átomos de carbono y “R 2” una cadena de 15 a 30 átomos de carbono o un átomo de


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hidrógeno. Este compuesto se utiliza en la formulación de fluidos de corte solubles ysemisintéticos. No es efectivo en agua de alta dureza.

Figura 2.8. Sulfonato de sodio petróleo

Los surfactantes no iónicos disponibles son nonilfenoles etoxilados, alcoholesgrasos etoxilados y ácidos grasos etoxilados. Las moléculas etoxiladas son productode la reacción de óxido de etileno con alcoholes, fenoles y ácidos. La reacción ocurre,generalmente, en presencia de hidróxido de potasio (catalizador) a alta presión y

temperatura. Dependiendo del número de moles de óxido de etileno por mol de laotra molécula que es parte de la reacción, se varía la longitud de las cadenasobtenidas. En el caso de los poliglicoles éter de nonilfenol (Figura 2.9), se consiguendesde 4 hasta 20 moles etoxilados, variando así su HLB. Mientras que para 4 molesetoxilados el HLB es de 9, para 6 moles etoxilados es de 11 y para 9 moles etoxiladosvaría entre 12 y 13. Son utilizados en fluidos de corte que contengan aceite en suformulación y a la vez cumplen función como limpiadores de metales. Cabe destacarque el uso de nonilfenoles etoxilados no está permitido en Europa desde el 17 deenero de 2005, debido a su contenido de alquilfenoles etoxilados (Diario Oficial de laUnión Europea, 2003).

Figura 2.9. Poliglicol éter de nonilfenol de “n” moles etoxilados

Los alcoholes grasos etoxilados utilizados fueron poliglicoles éter de 5 molesetoxilados a base de C18-22 y C16-18 (Figura 2.10). Son solubles en aceitesminerales y pueden ayudar a obtener emulsiones estables en agua blanda y dura,además de ser compatibles con compuestos aniónicos. Su HLB es alrededor de 9.


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Figura 2.10. Arriba, Poliglicol éter C18-22 de 5 moles etoxilados. Abajo, poliglicol éter C16 -18 de 5 moles etoxilados

Un ácido graso utilizado es de 5 moles etoxilados a base de ácido oléico (Figura2.11). Es emulsionante para cualquier aceite mineral, siendo soluble en la mayorparte de ellos. Forma una emulsión de forma espontánea al ser añadido al agua junto al aceite. Otro ácido graso etoxilado utilizado es el poliglicol éster a base deaceite de ricino de 36 moles etoxilados (Figura 2.12, donde n=36). Es un surfactantepara triglicéridos, aceites de origen vegetal y aceites de ésteres sintéticos empleadopara formar emulsiones lechosas. Ambos ácidos grasos etoxilados se utilizan para laformulación de fluidos de corte solubles y semisintéticos.

Figura 2.11. Poliglicol éster de ácido oléico

Figura 2.12. Poliglicol éster a base de aceite de ricino donde "n" es 36

Un aditivo para lubricación soluble en agua fue un polímero de bloque a base deetilendiamina (Figura 2.13). Es un lubricante de baja formación de espuma parafluidos de corte sintéticos. Es estable a altas durezas.


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Figura 2.15. Ácido bórico, etanolamina, dimetiletanolamina yn-metilethanolamina

El principal inhibidor de corrosión soluble en agua utilizado fue una sal de TEA yácido capróico (Figura 2.16). Se usa en combinación con otros inhibidores de

corrosión y lubricantes para fluidos de corte, pulido, sistemas hidráulicos ylimpiadores. Se mezcla con el producto descrito anteriormente para mayorestabilidad ante ataques microbiológicos.

Figura 2.16. Sal de TEA y ácido capróicoUn producto utilizado como sustituto de aceite mineral en fluidos de corte

semisintéticos son los ésteres isobutílicos de los ácidos grasos de soya (Figura 2.17).Son compuestos en su mayoría insaturados, pero también contiene saturados. De lossaturados el ácido palmítico es el que se consigue en mayor proporción. Entre losinsaturados contiene ácido oléico, linoléicoy α-linoléico. Los ésteres isobutílicos deestos compuestos son excelentes lubricantes, además de ser fáciles de solubilizar en

diluciones con agua.

Figura 2.17. Isobutil éster de: ácido palmítico, ácido linoléico,ácido oléico y ácido α -linoléico (de arriba hacia abajo)

Para el control de bacterias y hongos se utilizaron 2 biocidas. El primero es unasolución al 20% de benzisotiazolinona (Figura 2.18). Este producto es también


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utilizado en formulaciones desde tanques de almacenamiento en caso decontaminaciones no controladas. Es muy efectivo a pH alto y ofrece estabilidadtérmica. El otro consiste en una mezcla de isotiazolinonas cloradas y no cloradas(Figuras 2.19 y 2.20). Esta es usada además como tratamiento para emulsiones de

fluidos de corte en sistemas centralizados.

Figura 2.18. Benzisotiazolinona

Figura 2.19. Isotiazolinona

Figura 2.20. Isotiazolinona cloradaUn producto, cuya implementación como inhibidor de corrosión en la formulación

de fluidos de corte fue verificada en este trabajo, es la dietilhidroxiamona o DEHA(Figura 2.20). Este producto se utiliza generalmente en sistemas de refrigeraciónque implican la circulación de agua por tuberías metálicas disuelto. Funciona comosecuestrador de oxígeno, lo cual tiene como consecuencia la inhibición de corrosión.En el Laboratorio de Aplicaciones de Clariant Venezuela S.A. se verificó la

posibilidad de utilizar este producto como parte de la formulación de fluidos de corte,especialmente en fluidos solubles, ya que los principales inhibidores de corrosióngeneralmente utilizados son importados, lo cual obstaculiza la posibilidad de contarcon ellos de forma continua.


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Figura 2.21. Dietilhidroxiamina (DEHA)

La toxicidad de la DEA y la TEA es en la actualidad un problema a tratarse en elcampo de los fluidos de corte. En algunos países se está regulando la utilización deestos productos (McCulloughet al ., 2006). Ante la necesidad de buscar alternativas,

en la industria se está proponiendo la sustitución de la DEA y la TEA por productosmenos nocivos y más efectivos a la hora de estabilizar pH e inclusive aportar unvalor agregado como mejor estabilidad microbiológica. Entre los productospropuestos se encuentran el 1-amino-2-propanol (Figura 2.22) y el 2-metil-2-amino-1-propanol (Figura 2.23). Estos productos no sólo ofrecen la estabilización del pHalcalino que requieren los fluidos de corte, sino que a su vez mayor control para laproliferación de bacterias, levaduras y hongos (Kawasaki y Takagi, 2010).

Figura 2.22. 1-amino-2-propanol

Figura 2.23. 2-metil-2-amino-1-propanol

CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL


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Los productos mencionados en el capítulo anterior fueron utilizados para laformulación de distintos fluidos de corte, según las especificaciones requeridas. Unade ellas, fue la elaboración de un fluido de corte soluble en el que se utilicedietilhidroxiamina como inhibidor de corrosión. Este fluido además debe generaremulsiones estables en agua de hasta 400 ppm de dureza. Los otros productossolicitados consistieron en un fluido de corte semisintético y otro sintético que,igualmente, fuese efectivo al mezclarse con agua de altas durezas. A diferencia del

fluido de corte soluble, para estos dos se contaba con formulaciones recomendadaspor los laboratorios de Clariant Brasil. Fue necesario entonces formular losconcentrados, verificar la estabilidad de sus emulsiones y su desempeño. Acontinuación se presentan los distintos procedimientos experimentales aplicadosdurante la formulación de los fluidos de corte soluble, semisintético y sintético.

3.1. Aditivos

En las Tablas 3.1, 3.2 y 3.3 se presentan los aditivos utilizados para laformulación de cada tipo de fluido de corte. En la Tabla 3.1 están los aditivos para elfluido de corte sintético. En las Tablas 3.2 y 3.3 están los asitivos para los fludos decorte semisintético y soluble, respectivamente.

Tabla 3.1. Aditivos utilizados para la formulación del fluido de corte sintético

ProductosBiocida

Copolímero aleatorio de óxido de etileno y óxido de propileno Antiespumante

Sal de trietanolamina y ácido capróico

Tabla 3.2. Aditivos utilizados para la formulación del fluido de corte semisintético

Surfactante Tipo


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C12-14 de 3 moles etoxilados no iónicoDietanolamina no iónico

Poliglicol éster a base de aceite de ricino de 36 molesetoxilados no iónico

Sulfonato de sodio aniónicoOtros

Ácidos grasos de aceite de resinaDietanolamida de ácidos grasos de aceite de resina

Tabla 3.3. Aditivos utilizados para la formulación del fluido de corte soluble

Surfactante TipoÉter de 5 moles etoxilados a base de C16-22 no iónico

C12-14 de 2 moles etóxilados no iónicoPoliglicol éter de nonilfenol de 4 moles etoxilados no iónicoPoliglicol éter de nonilfenol de 6 moles etoxilados no iónicoPoliglicol éter de nonilfenol de 9 moles etoxilados no iónico

Otros Ácidos grasos de aceite de resina

Dietanolhidroxiamina

3.1.1. Equipos empleados A continuación de presentan los equipos utilizados para todos los experimentos

realizados:

Plancha de agitación y calentamiento marca IKA® modelo WERKE RCTbasic.

Motor de agitación marcaVELP® modeloSCIENTIFICA STRIPPER DLH.

pH-metro marca Metrohm® modelo 827.

Baño de María marca Precision® modelo 260.

Termocupla marca Fluke® modelo 52 II.

3.2. Elaboración de concentrados

En esta sección se explica el procedimiento empleado para preparar los


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concentrados de los distintos fluidos de corte.

3.2.1. Alcance

Una vez establecidas las proporciones para la mezcla de los componentes delconcentrado, ya sea de un fluido de corte soluble, semisintético o sintético, es posibleque la estabilidad del producto dependa de la forma en la que se agregan o delprotocolo de mezcla. Un orden de adición incorrecto, al igual que un tiempoinsuficiente de agitación, puede evitar que los aditivos se mezclen correctamente,produciendo así un concentrado que se desestabilice en el tiempo. Por esta razón esnecesario prepararlos según lo descrito en este punto.

3.2.2. Materiales y equipos

Beakers de 250 ml y 500 ml Jeringas de 10 ml

Agitador magnético o propela

Plancha de agitación o motor de agitación

Plancha de calentamiento

3.2.3. Procedimiento

A. Agregar a un beaker de 250 ml los componentes previamente pesados,tomando en cuenta el orden de adición determinado por pruebaspreliminares. Agitar por un mínimo de 5 minutos entre cada incorporaciónpara garantizar una mezcla completa. Si los componentes son altamenteviscosos, utilizar propela con motor de agitación a una velocidad angularmenor de 200 RPM para evitar la formación de espuma, preferiblemente

alrededor de 100 RPM (Figura 3.1). La propela debe colocarse en el centrodel beaker , de tal forma que mezcle todos los componentes. Si a pesar dela viscosidad de los aditivos se puede utilizar un agitador magnético y unaplancha de agitación, utilizar estos equipos, como se muestra en la Figura3.2, tomando en cuenta el límite de velocidad angular antes mencionado.


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Figura 3.1. Montaje para preparación de concentrados conaditivos viscosos

Figura 3.2. Montaje para preparación de concentrados conaditivos poco viscosos

En el caso de ser necesario calentar para promover la homogenizacióndel producto, hacerlo sobre una plancha de calentamiento a menos de 50°C(preferiblemente 40°C). Detener el calentamiento antes de incorporar elsiguiente componente según el orden de adición.

B. Una vez agregados todos los componentes del concentrado, colocar lapropela en la mitad de la altura de la solución como se muestra en la -Figura 3.3 y mantener agitación por 10 minutos. Si es necesario, manteneragitación por un período mayor de tiempo, hasta observar un productohomogéneo y completamente transparente.


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Figura 3.3. Posición de la propela luego de haber agregado todoslos aditivos del concentrado

Los productos utilizados para la elaboración de fluidos de corte solubles,

semisintéticos y sintéticos tienen comportamientos muy distintos. Para el paso “A”,en el caso del sulfonato de sodio de petróleo, este producto es altamente viscoso ypegajoso, lo cual lo hace difícil de manipular, por lo que es necesario agregarlo deprimero junto con el agua que sea parte de la formulación (en el caso de que hayaagua en la formulación del concentrado) y calentarlo a 40°C mezclandocontinuamente con un motor de agitación por un tiempo no menor de 10 minutoshasta observar la formación de un líquido homogéneo. Una vez culminada la

elaboración del concentrado (paso “B”), la presencia de turbidez en la mezcl a es unindicio de inestabilidad, por lo que el producto no funcionará adecuadamente. En elcaso de presentarse, es necesario preparar la mezcla de otra forma variando dosposibles parámetros. El primero es el orden de adición, ya que el mismo puede tenerun efecto negativo sobre el producto final. Se procede a variar el orden en el que seagregaron los componentes, tomando en cuenta la compatibilidad de los mismos. Elsegundo parámetro es la proporción de los ingredientes, lo cual conlleva la necesidad

de reformular el producto, en un principio variando las proporciones y si esto nofunciona es necesario considerar la incorporación de un nuevo componente o laexclusión de uno que esté influyendo negativamente. Esto es posible preparandodistintos concentrados en los que se deje por fuera de la formulación un producto enespecífico y comparando su aspecto y comportamiento. El procedimiento se basa enensayo y error. Una vez se obtenga un producto estable se procede con la evaluación


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de estabilidad.

3.3. Estabilidad de la emulsión del concentrado

Los concentrados de los fluidos de corte solubles y semisintéticos son utilizadospara la formación de emulsiones de aceite en agua. Los de fluidos de corte sintéticose diluyen en agua. Este punto ilustra la metodología empleada para la verificaciónde la estabilidad de la emulsión o la microemulsión de los concentrados formulados.

3.3.1. Alcance

Verificación de la estabilidad de una emulsión o microemulsión al 3% v/v y al 5%v/v del producto emulsionable dependiendo del tipo de producto evaluado:

Soluble: 15% concentrado 85% base mineral

Semisintético: 25% concentrado 75% base sintética

Sintética: 100% concentrado

La evaluación se hace en agua de dureza deseada, dependiendo del estudio que sequiera realizar.


Cilindros o en su defecto tubos cónicos graduados de 100 ml, con apreciaciónde 1 ml

Beakers de 250 ml

Pipetas graduadas de 5 y 10 ml

Agitadores magnéticos

Plancha de agitación

3.3.3. Procedimiento A. Para fluidos solubles y semisintéticos preparar 100 g de producto

emulsionable según su especificación en unbeaker de 250 ml. Agitarvigorosamente con un agitador magnético por 15 minutos para garantizarcompleta homogeneización y brillo. El indicio de una buena integración esobservar el producto emulsionable brillante y completamente


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transparente.

B. Para evaluar al 3% v/v colocar 97 ml de agua de dureza deseada en uncilindro o tubo cónico de 100 ml y añadir en caída libre con una pipeta 3 mldel producto emulsionable. Para evaluar al 5% v/v colocar 97 ml de agua

de dureza deseada en un cilindro o tubo cónico de 100 ml y añadir en caídalibre con una pipeta 5 ml del producto emulsionable (ver Figura 3.4). Parasolubles y semisintéticos, observar que la entrada en el agua sea blanca ycompacta (no dispersa). Para sintéticos observar la inmediata formación dela microemulsión.

Figura 3.4. Adición de agua y producto emulsionable al cilindrograduado para una concentración al 5% v/v

C. Colocar tapa y realizar 60 inversiones de 180° durante 1 minuto, como semuesta en la Figura 3.5.

Figura 3.5. Inversiones para la mezcla del agua con el producto emulsionable


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D. Retirar la tapa y dejar en reposo. Observar la tendencia de la solución aque la espuma desaparezca rápidamente, considerando que la espumaformada deberá desaparecer totalmente, o por lo menos en un 90%, en unintervalo de tiempo no mayor a 2 minutos, según requerimientos de la

empresa.

E. Observar detalladamente a intervalos de 30 minutos hasta cumplir lasprimeras 2 horas de mezcla. Aprobar el producto en este tiempo en caso deno existir separación de aceite y/o agua (Figura 3.6) en el caso de solubles ysemisintéticos, para sintéticos el producto debe mantenerse traslúcido y seaprobará de no existir formación de nubosidades y precipitados. En caso de

presencia de crema se aprobará hasta un máximo de 2 ml. Dejar enobservación hasta cumplir 24 horas.

Figura 3.6. Observación de la separación de aceite, agua oformación de nata

Este método fue creado de acuerdo al desarrollo de los productos del área en elLaboratorio de Aplicaciones ICS de Clariant Venezuela S.A.

La estabilidad de la emulsión se evalúa en cada uno de los pasos anteriormentemencionados. Si en el paso “A”, el producto emulsionable preparado no eshomogéneo, brillante y completamente transparente, es necesario reformular el


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concentrado. Si en el paso“B” la entrada del producto soluble o semisintético no esblanca y compacta, sino que se forma inmediatamente una fase de aceite en el tope ose ve dispersa en el fondo, esto sugiere que la emulsión se romperá antes de cumplir2 horas, lo cual también tiene como consecuencia la necesidad de reformular el

concentrado. Para fluidos semisintéticos es necesario que se observe la formación dela microemulsión. Ésta se distingue como una coloración del agua en el momentoque se agrega el fluido. El comportamiento es el deseado si la coloración ocurre sinnecesidad de agitación y se propaga a lo largo de todo el cilindro o cono. Durante lasinversiones en el paso “C” es necesario prestar atención al comportamiento de laemulsión en las paredes del tubo cónico. Para solubles y semisintéticos debecomportarse de forma homogénea. Un color azul en las paredes al momento de

realizar la inversión, sugiere que la emulsión se mantendrá estable por largosperíodos de tiempo. Si hay formación de grumos o zonas pegajosas en las paredes, laemulsión se desestabilizará. Si se observa que la espuma se mantiene por un períodomayor a los 2 minutos (paso“D”) será necesario aumentar la proporción del agenteantiespumante utilizado. Se debe tomar en cuenta que las aguas de bajas durezastienen mayor tendencia a formar espumas que las de altas durezas. Si el productoaprueba los pasos anteriores y el “E”, se puede proceder a analizar el desempeño de

la emulsión.3.4. Prueba de corrosión para fluidos de corte

Una de las propiedades más importantes de los fluidos de corte es la inhibición decorrosión. A continuación se ilustra la prueba utilizada para comparar el desempeñoanticorrosivo de los distintos fluidos.

3.4.1. Alcance

Determinar el grado de corrosión de los fluidos de corte realizando una prueba asu emulsión en agua de dureza 200 ppm sobre virutas de hierro colocadas sobrepapel de filtro


Pipeta volumétrica de 2 ml


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Probeta con emulsión al 3% v/v en agua dura (200 ppm)

Cápsula de Petri

Papel de filtro cualitativo

Espátula

Virutas de hierro certificadas según norma ASTM D 4627

Alcohol isopropílico

Balanza semi-analítica


A. Adaptar el papel de filtro a la cápsula de Petri y colocarlo en el fondo de la

misma.

B. Pesar aproximadamente 2 g de virutas de hierro sobre el papel de filtrocon ayuda de la espátula y esparcir uniformemente en el centro del mismo,en un área aproximada de 4x4 cm. Importante no tocar las virutas con losdedos.

C. Adicionar sobre las virutas 2 ml de la emulsión del producto a ensayargoteando uniformemente para lograr que éstas queden impregnadas.

D. Verificar que no queden burbujas de aire debajo del papel de filtro, en casode que se formen, levantar cuidadosamente el borde del papel paraliberarlas y dejarlo caer nuevamente sobre la cápsula evitando que semuevan las virutas.

E. Tapar la cápsula de Petri, tomar el tiempo y dejar reaccionar por una horaa temperatura ambiente.

F. Finalizado el tiempo, lavar la cápsula y desechar las virutas oxidadas.Lavar con abundante agua el papel de filtro y dejar secar a temperaturaambiente.

Este método fue creado de acuerdo a la norma ASTM D 4627 – 92: “Métodoestándar de corrosión de virutas de hierro para fluidos de corte a base de agua”


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En el paso “B” es recomendable colocar las virutas de hierro en un área de 4x4 cm

(Figura 3.7) de manera que al comparar los resultados, se esté haciendo parapruebas semejantes. En esta prueba lo que se compara es la porción del papel defiltro donde se observan señales de corrosión.

Figura 3.7. Posición de las virutas de hierro sobre el papel defiltro en la cápsula de Petri

Como se explicó en el punto 2.5, un gradiente de concentración de oxígeno en lasuperficie metálica promueve la corrosión, es por esto que es necesario eliminar lasburbujas de aire que queden atrapadas debajo del papel de filtro en el paso ”D”. El

grado de corrosión se determina según lo que se observe en el papel de filtro seco yse clasifica de la siguiente manera (ver Figura 3.8):

0: Sin corrosión inalterado

1: Vestigios de corrosión no mayor a 3 señales de corrosión de no más de 1mm de diámetro.

2: Ligera corrosión con una cantidad de manchas no mayor al 1% de lasuperficie.

3: Corrosión moderada con una cantidad de manchas no mayor al 5% de lasuperficie.

4: Fuerte corrosión con una cantidad de manchas mayor al 5% de lasuperficie


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Figura 3.8.Representación de los grados de corrosión para laprueba con virutas de hierro

Los productos Clariant deben ser aprobados con un grado de corrosión máximo de2. En caso de que sea mayor es necesario reformular ajustando la proporción de losinhibidores de corrosión utilizados y repetir la prueba de corrosión. Una vez

formulado un producto con un grado de corrosión menor a 2 se puede proceder conlos siguientes análisis de estabilidad.

3.5. Estabilidad del pH de la emulsión en el tiempo

3.5.1. Alcance

Verificación de la variación del pH de la emulsión o la microemulsión al 3% v/v yal 5% v/v en el tiempo dependiendo del tipo de producto evaluado (semejante al

punto 3.2.1).3.5.2. Materiales y equipos

Cilindros o en su defecto tubos cónicos graduados de 100 ml, con apreciación 1ml

Beaker de 250 ml


Agitadores magnéticos Plancha de agitación

Medidor digital de pH


A. Realizar los pasos del “A” hasta el “D” del punto 3.2.


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B. Medir el pH cuando se termina de preparar la emulsión o lamicroemulsión y establecer este valor como el del tiempo 0 y comenzar amedir el tiempo.

C. Medir el pH cada hora durante 7 horas, documentando la temperatura a la

cual se realiza cada medida. En el caso de emulsiones, documentar laaparición de crema o separación de aceite y en qué tiempo ocurre.

La gran cantidad de componentes que constituyen el concentrado de un fluido decorte tiene como consecuencia la continua variación de sus propiedades (sección 2.4),lo cual puede favorecer, perjudicar o no tener ningún efecto en su desempeño. El pHno es sólo una de las propiedades que influye en el desempeño, sino que además seve influenciado por la variación de la concentración de algunos compuestos, por locual permite ilustrar posibles alteraciones en las características del fluido. Lamedida del pH sugiere el estado de las demás propiedades, el mismo debemantenerse entre 8,5 y 9 para evitar que la emulsión o la microemulsión promuevanla corrosión, preferibemente el valor de pH debe estar entre 8,8 y 9,2. Lasevaluaciones se hicieron en aguas de durezas de 70, 100, 150, 200, 250, 300, 350 y400 ppm con la finalidad de verificar el efecto de esta variable sobre la variación delpH de la emulsión o la microemulsión.

3.6. Estabilidad del pH de la solución con variación de la temperatura

La siguiente metodología explicada se utilizó para determinar la alteración de laspropiedades de las soluciones a distintas temperaturas.

3.6.1. Alcance

Verificar la variación del pH con respecto a la temperatura de la emulsión o lamicroemulsión al 3% v/v y al 5% v/v dependiendo de la naturaleza del productoevaluado (semejante al punto 3.2.1).

3.6.2. Materiales

Beaker de 250 ml



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Agitadores magnéticos

Plancha de agitación

Medidor digital de pH

Baño de María con control digital de temperatura

Termómetro digital (termocupla)


A. Realizar los pasos del “A” hasta el “B” del punto 3.2 preparando laemulsión o la microemulsión con agua de 200 ppm.

B. Trasvasar el producto preparado a un beaker de 250 ml.

C. Sumergir el beaker en el baño de María y variar la temperatura delmismo hasta llevar la emulsión o la microemulsión hasta 20°C, verificandoesta temperatura con el termómetro digital.

D. Medir el pH una vez se haya estabilizado la temperatura.

E. Variar la temperatura hasta 50°C con un paso de 1°C y realizar lamedición del pH para cada temperatura, procurando que ésta esté estableantes de realizar la medición.

En la práctica, cuando se aplican fluidos de corte durante la manipulación demetales, primero se prepara la emulsión, o la microemulsión, y se almacena encontenedores, desde los cuales se aplicarán. Las condiciones en las que se almacenen(ya sea en sombra, a la luz del sol, áreas en las que la temperatura ambiente seaalta o baja, etc.) puede tener efectos negativos en su desempeño. Por esta razón sellevó a cabo este estudio, con la finalidad de determinar a partir de qué temperatura

las propiedades del fluido de corte y su desempeño se ve comprometido, con base enel efecto del pH sobre dichas propiedades y la variación del mismo ante cambios enla concentración de los distintos componentes.


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CAPÍTULO 4 RESULTADOS Y DISCUSIONES

A continuación se presentan los resultados y las discusiones de las distintasmetodo

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