Disolución de alta velocidad de mejoradores del índice de viscosidad en aceites lubricantes
Los lubricantes, al igual que la mayoría de los fluidos, experimentan una viscosidad reducida a altas temperaturas de funcionamiento. Esto da como resultado una película hidrodinámica y una lubricación más pobres. Se puede usar aceite base más pesado para superar esto, pero surgen problemas con el arranque en frío y el bombeo a bajas temperaturas. Los aceites multigrado se desarrollaron para lograr la viscosidad óptima en un rango completo de temperaturas de operación en aquellas aplicaciones donde se lo requiere.
El Proceso
Los problemas de inestabilidad de temperatura/viscosidad se resuelven en los aceites lubricantes multigrado mediante la adición de mejoradores del índice de viscosidad, hechos de varios tipos de polímeros, que incluyen:
- Polimetacrilatos
- Copolímero de estireno butadieno
- Copolímero de estireno isopreno
- Copolímero de etileno propileno
Éstos proporcionan una viscosidad más estable y permiten la formulación de lubricantes con aceite base de menor viscosidad (para un arranque en frío más fácil) y, a la vez, que tengan una viscosidad adecuada a alta temperatura para la protección del motor.
Los mejoradores de VI constituyen alrededor del 10% del contenido de un aceite lubricante multigrado típico y aumentan los costos de materia prima del producto terminado. El polímero está disponible en forma líquida, en escamas, en pellets y en bloques sólidos. Cada una de estas presentaciones tiene un requisito de procesamiento diferente.
Polímero Líquido
- El proveedor puede pre-disolver el polímero y lo suministra en forma líquida. Es fácil de usar y no requiere ningún equipo de mezcla o procesamiento especial.
- El polímero líquido se pesa/dosifica en aceite base calentado y se mezcla con una simple agitación.
Escamas y Pellets
- El polímero suministrado en forma de pellets o escamas se agrega directamente al aceite base calentado.
- Se requiere una buena agitación en el tanque para dispersar el polímero y para mantener un movimiento vigoroso dentro del recipiente.
- El aceite caliente penetra en el polímero, que se ablanda y se solubiliza gradualmente en el aceite.
Bloques Sólidos
- Los bloques de polímero se trituran, se cortan o se granulan en trozos pequeños antes de agregarlos al aceite base.
- El polímero se agrega al aceite y se dispersa mediante el agitador.
- Se continúa mezclando durante varias horas para permitir que el polímero se solubilice.
- Se requiere una buena agitación en el tanque para dispersar el polímero y mantener un movimiento vigoroso dentro del recipiente.
El Problema
Polímero Líquido
- Ésta es la presentación de polímero más cara.
- El proveedor del polímero pre-dispersa el polímero en el aceite base a granel, lo que genera costos adicionales con respecto al aceite base en sí , y a los costos de procesamiento y transporte a granel.
Escamas y Pellets
- Con la agitación convencional, se requieren muchas horas para solubilizar completamente el polímero.
- Los agitadores convencionales no producen suficiente cizallamiento para reducir las partículas de polímero; las partículas más grandes tardan más en solubilizarse ya que una superficie más pequeña está expuesta al aceite circundante.
- Una mala agitación en el tanque puede provocar una re-aglomeración de las partículas de polímero. Estos no se dispersan fácilmente con los mezcladores convencionales y pueden acumularse en la pared del recipiente, detrás de los deflectores o en la superficie del líquido.
- Puede ocurrir oxidación durante el procesamiento prolongado a alta temperatura, degradando el polímero.
- Los largos tiempos de procesamiento a alta temperatura también pueden provocar la decoloración del aceite.
- Es posible que se requiera un soplado de nitrógeno o una capa protectora para reducir la oxigenación.
- Una pequeña cantidad de partículas sólidas nunca se disuelve por completo. Estos geles u ojos de pez reducen la calidad del producto.
Bloques Sólidos
La solubilización del polímero en el aceite base está sujeta a los problemas anteriores. El proceso de trituración crea varios problemas adicionales:
- Los bloques de nueva generación de tipo “flujo frío” y “pellets comprimidos” no pueden procesarse fácilmente con guillotinas o equipos de trituración convencionales.
- La trituración aumenta considerablemente los costos operativos y el tiempo de proceso.
- Se pueden utilizar tamaños y formas limitados de polímero.
- La trituración es un proceso intensivo en mano de obra y mantenimiento.
- Deben minimizarse las emisiones de polvo.
- El equipo y los materiales utilizados pueden causar problemas de salud y seguridad.
La Solución
Silverson es el líder mundial en diseño y fabricación de mezcladores de alto cizallamiento para la rápida disolución de mejoradores del índice de viscosidad en aceites lubricantes, que van desde mezcladores en línea de alto cizallamiento hasta plantas de solubilización completas. El tamaño del lote, el tipo de polímero y la formulación dictan qué máquina es la más adecuada.
Escamas y Pellets
Un mezclador de alto cizallamiento en línea Silverson se puede agregar fácilmente a un Tanque con agitador existentes en un sistema de recirculación.
- Se agregan pellets o escamas de polímero al aceite caliente y se dispersan mediante el agitador.
- Se inicia el mezclador en línea. El producto se extrae de la base del tanque y es conducido al cabezal de trabajo del mezclador en línea.
- El polímero se somete a un alto e intenso cizallamiento que reduce el tamaño de las partículas, exponiendo una superficie creciente del polímero al aceite base circundante, acelerando el proceso de solubilización.
- El mezclador en línea con capacidad de auto-bombeo devuelve el producto al tanque a medida que se introduce material fresco en el cabezal de trabajo, continuando el ciclo de mezclado.
- La solubilización se completa en una fracción del tiempo que requiere la agitación sola.
Trozos y Bloques mas grandes
Un Disolvedor Desintegrador Dúplex Silverson montado en un tanque y acoplado a un mezclador en línea de alto cizallamiento Silverson puede desintegrar y solubilizar trozos o bloques más grandes de polímero.
- Se agregan bloques de polímero hasta el tamaño de un ladrillo al aceite caliente y se introducen en el cabezal superior del mezclador dúplex.
- La cabeza desintegradora de dientes gruesos reduce los bloques de polímero al tamaño de una escama.
- El cabezal de trabajo inferior, equipado con un cabezal de desintegración ranurado más fino, reduce aún más las partículas al tamaño granular.
- El mezclador en línea se pone en marcha y procesa el polímero como se describió anteriormente.
Bloques Sólidos
Silverson ha desarrollado el Disintegrator 2500, un sistema completo para la solubilización de mejoradores del índice de viscosidad en aceites lubricantes. El D2500 consiste en un tanque construido a medida equipado con un potente cabezal de trabajo desintegrador de alto cizallamiento acoplado a un mezclador en línea Silverson. La operación es como sigue:
Etapa 1
El aceite base se bombea al tanque y se calienta a la temperatura adecuada. Se pone en marcha el mezclador de fondo de tanque Silverson y se añaden los bloques de polímero. El poderoso vórtice creado por el mezclador arrastra los sólidos desde la superficie hacia el cabezal desintegrador de dientes gruesos del mezclador que corta los bordes y esquinas.
Etapa 2
Los sólidos se reducen rápidamente a trozos más pequeños que se introducen en el interior del cabezal de trabajo y se someten a un cizallamiento intenso antes de ser expulsados a través del estator y de regreso al líquido circundante.
Etapa 3
Una vez que los sólidos se han reducido a tamaño granular, se pone en marcha el mezclador en línea Silverson. El producto se extrae del recipiente y se procesa en el cabezal de trabajo del rotor/estator del mezclador en línea antes de ser devuelto al tanque mediante la acción de auto-bombeo del mezclador en línea.
Etapa 4
El alto e intenso cizallamiento ejercido sobre el polímero por el mezclador de fondo de tanque y los mezcladores en línea asegura que el tamaño de las partículas se minimice, exponiendo una mayor superficie del polímero al aceite circundante, lo que permite lograr una rápida solubilización. Se pueden extraer muestras para verificar la dispersión y la solubilización antes de que se descargue el producto terminado.
Las ventajas del mezclador de alto cizallamiento Silverson provienen de la acción de mezcla/cizallamiento de tres etapas generada por el cabezal mecanizado de precisión. La operación es como sigue:
Etapa 1
La rotación de alta velocidad del rotor dentro del cabezal de trabajo crea una succión poderosa que atrae el aceite base y las partículas de polímero hacia el interior de dicho cabezal. La fuerza centrífuga impulsa los materiales hacia la periferia del cabezal de trabajo.
Etapa 2
Las partículas de polímero se someten a una acción de molienda en el espacio entre la punta del rotor y la pared del estator, reduciendo el tamaño de las partículas. A continuación, el producto se expulsa del estator a gran velocidad a medida que entra material fresco.
Etapa 3
Todo el contenido del tanque pasa a través del cabezal de trabajo muchos cientos de veces, reduciendo progresivamente el tamaño de las partículas de polímero. Una superficie cada vez mayor se expone al aceite base, lo que acelera el proceso de solubilización.
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Etapa 1
Etapa 1
La rotación de alta velocidad del rotor dentro del cabezal de trabajo crea una succión poderosa que atrae el aceite base y las partículas de polímero hacia el interior de dicho cabezal. La fuerza centrífuga impulsa los materiales hacia la periferia del cabezal de trabajo.
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Etapa 2
Etapa 2
Las partículas de polímero se someten a una acción de molienda en el espacio entre la punta del rotor y la pared del estator, reduciendo el tamaño de las partículas. A continuación, el producto se expulsa del estator a gran velocidad a medida que entra material fresco.
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Etapa 3
Etapa 3
Todo el contenido del tanque pasa a través del cabezal de trabajo muchos cientos de veces, reduciendo progresivamente el tamaño de las partículas de polímero. Una superficie cada vez mayor se expone al aceite base, lo que acelera el proceso de solubilización.
Las Ventajas
Escamas y Pellets
Mezclador en línea:
- El cabezal de trabajo del rotor/estator desintegra rápidamente los trozos de polímero, exponiendo una superficie cada vez mayor del polímero al aceite base.
- La alta acción de cizallamiento del mezclador en línea reduce drásticamente el tiempo de procesamiento.
- Las partículas aglomeradas se desintegran instantáneamente en el cabezal de trabajo del mezclador en línea.
- El mezclador en línea concentra su esfuerzo en un volumen relativamente pequeño dentro del cabezal de trabajo en lugar de en todo el lote, un proceso con mayor eficiencia energética.
- Es imposible evitar la intensa acción de alto cizallamiento del conjunto rotor/estator, una vez que el producto está en la línea de recirculación.
- No se requiere bombeo adicional para hacer circular el producto de regreso al tanque.
Trozos y Bloques mas grandes
Dúplex acoplado con mezclador en línea:
- No se requiere triturar o granular el polímero a un tamaño de partícula fino. El polímero cortado en trozos grandes se puede agregar al recipiente y desintegrar finamente con el mezclador Duplex. Esto reduce en gran medida el tiempo total de procesamiento.
- Se reducen dramáticamente los tiempos de solubilización.
- La capa de nitrógeno se puede eliminar ya que un tiempo de procesamiento más corto reduce la posibilidad de oxidación y decoloración.
- La agitación vigorosa en el tanque garantiza que las partículas no se vuelvan a aglomerar.
- Condiciones de trabajo más limpias.
- Toda la operación se realiza en un solo tanque.
Bloques Sólidos
- Se pueden agregar directamente al recipiente bloques o piezas de polímero de cualquier forma y tamaño, incluso los más grandes disponibles comercialmente.
- Se elimina el pre-triturado, triturado o picado del polímero.
- Se reducen dramáticamente los tiempos de procesamiento.
- La capa de nitrógeno se puede eliminar ya que un tiempo de procesamiento más corto reduce la posibilidad de oxidación y decoloración.
- La agitación vigorosa en el tanque asegura que las partículas se des-aglomeren y que no se produzca acumulación de material en la pared del recipiente, lo que mejora el rendimiento del polímero.
- Condiciones de trabajo más limpias.
- Toda la operación se realiza en un solo tanque.