- Aceites
lubricantes - Aceites
usados - Recuperación y reciclado
de aceites usados - Biodegradación
- Conclusiones
- Bibliografía
- Anexos
Un aceite
lubricante es un liquido usado para disminuir la fricción
entre dos superficies, éstos son usados en el interior de
los motores donde las
condiciones de operación hacen que después de
cierto periodo de uso se degraden en compuestos cuyas
características no permiten su utilización como
lubricantes.
La mayoría de los aceites usados contienen
compuestos tóxicos los cuales al quemarse son liberados a
la atmósfera, esto hace necesario la
implementación de políticas
dirigidas a su disposición final y a los métodos
usados para la combustión de los mismos.
La regeneración es uno de los métodos para
reutilizar los aceites usados con menor impacto
ambiental, éste método
dispone los aceites usados de forma tal que se puedan volver a
usar como lubricantes. Entre estos métodos se encuentra la
biodegradación de los compuestos contaminantes en el
interior del aceite, al degradar los compuestos contaminantes se
recupera la base lubricante, ésta es la que otorga las
propiedades lubricantes a los aceites, y éste producto es la
materia prima
para la producción de nuevos aceites.
La biodegradación de un aceite usado requiere del
uso de microorganismos con la facultad de degradar los diversos
contaminantes presentes en el aceite usado y resistentes a la
presencia de metales pesados e
hidrocarburos.
La variedad de contaminantes presentes en el aceite usado hacen
que prácticamente ningún microorganismo
esté en la capacidad de degradar en su totalidad un aceite
usado, para lograr esto es posible usar una mezcla de
microorganismos o biodegradación en serie.
En el presente trabajo se
describen algunos tratamientos que se les da a los aceites usados
y las diversas formas en que es posible sacar provecho de estos
desechos de los aceites lubricantes.
Se describen los aspectos más importantes de un
aceite lubricante, las diferencias que existen entre ellos y se
explica de forma detallada las razones por las cuales se degrada
un aceite lubricante.
El aceite lubricante para motores tiene como función
primordial evitar el contacto directo entre superficies con
movimiento
relativo, reduciendo así la fricción y sus funestas
consecuencias: calor
excesivo, desgaste, ruido, golpes,
vibración, etc.
Los aceites lubricantes tienen entre sus funciones: no
permitir la formación de residuos gomosos, no permitir la
formación de lodos, mantener limpias las piezas del
motor, formar una
película continua y resistente y permitir la
evacuación de calor.
El aceite lubricante tanto para uso en
automóviles e industrias,
está compuesto en general (excepto en aceites
sintéticos) por una base orgánica y aditivos, estos
últimos utilizados para aumentar su rendimiento, eficiencia y vida
útil. La composición de la base orgánica
está formada de cientos de miles de compuestos
orgánicos, siendo la gran mayoría compuestos
aromáticos polinucleares (PNA). Algunos de estos PNA
(principalmente estructuras de
4, 5 y 6 anillos) son considerados cancerígenos como el benzopireno, sin
embargo, existen otros combustibles cuyas concentraciones de PNA
son superiores, por lo que los PNA tanto en aceite lubricante
virgen como usado no son la mayor fuente de preocupación.
Los aditivos de la base orgánica del aceite que pueden
llegar a constituir hasta un 30 % en volumen del total
de aceite virgen, típicamente contienen constituyentes
inorgánicos como azufre, nitrógeno, compuestos
halogenados y trazas de metales. [1, 2]
Los aceites lubricantes están constituidos
por una base lubricante la cual provee las
características lubricantes primarias. La base
lubricante puede ser base lubricante mineral (proveniente
del petróleo crudo), base lubricante
sintético o aceite base lubricante vegetal
según la aplicación que se le va a dar al
aceite. [3]Las base lubricantes minerales son refinadas del crudo del
petróleo, sus
características están determinada por la
fuente de crudo y el proceso especifico de refinación
usado por el fabricante. Existen dos tipos principales
de crudos de petróleo: crudo parafínico y
crudo nafténico.El crudo parafínico es el más
usado para la fabricación de aceites
lubricantes, su alta composición en componentes
parafínicos hace que su índice de
viscosidad sea más elevado que el
de el crudo nafténico. [3]- Aceite mineral
Las bases lubricantes sintéticas son
fabricadas por procesos especiales (distintos a la
refinación) para realizar funciones especificas,
lo cual les otorga una mayor uniformidad en sus
propiedades. Estos aceites son la solución para
trabajos en condiciones extremas (temperaturas muy
altas o muy bajas.Las principales ventajas del uso de bases
sintéticas comparadas con las bases minerales
son: amplio rango de temperaturas de operación,
mayor resistencia a la oxidación,
ahorro de energía, mantenimiento con menor frecuencia,
menor uso de aditivos y más fácil
degradación.Los aceites sintéticos suministran
aproximadamente cuatro veces el tiempo de operación del mejor
aceite mineral, mientras que su costo es aproximadamente cinco veces
mayor, su uso se basa más en la idea de
preservar la maquinaria que en ahorrar dinero. [3] - Aceite sintético
- Aceite vegetal
Las bases lubricantes vegetales tienen tasas de
biodegradación más altas, por esto estas base
lubricantes son usadas para producir "aceites verdes" o
aceites más biodegradables que el aceite mineral.
Estos aceites combinados con los aditivos correctos pueden
ser biodegradables y no tóxicos. [3]- BASE LUBRICANTE
El aceite base debe estar acompañado de
aditivos o se degradará rápidamente, los
aditivos son compuestos químicos que se adicionan a
los aceites lubricantes para otorgarle propiedades
especificas. Algunos aditivos otorgan nuevas y
útiles propiedades a un lubricante, la
mayoría de estas propiedades reducen la tasa a la
cual ocurren algunos cambios indeseables en el aceite
durante el funcionamiento. Los aditivos pueden tener
efectos colaterales negativos, especialmente si su dosis es
excesiva o si ocurren reacciones indeseables entre los
aditivos.No es recomendable el uso de aditivos por parte
del usuario final de un aceite lubricante, ya que estos
pueden alterar las propiedades del aceite. El fabricante
del aceite es el responsable de conseguir un balance de los
aditivos para un desempeño óptimo.
[3]Estos aditivos previenen la corrosión causada por ácidos orgánicos, que se
producen en el interior del aceite, y la causada por
contaminantes arrastrados por el aceite. Estos
compuestos generalmente están hechos por
sulfonatos o fenatos. [3, 4]- Inhibidores de corrosión
Los detergentes neutralizan los ácidos
en el aceite y ayudan a mantener el aceite limpio
neutralizando los precursores de depósitos que
se forman bajo altas temperaturas o como el resultado
de quemar combustibles con un alto contenido de
sulfuro. Los principales detergentes usados en la
actualidad son sales de metales alcalinotérreos
como bario, calcio y magnesio, conocidos como
compuestos órgano-metálicos. Los
dispersantes son compuestos químicos que
dispersan o suspenden en el aceite los materiales que pueden formar lodos,
particularmente los que se forman durante la
operación a bajas temperaturas, cuando por
condensación combustible parcialmente sin quemar
(hollín) entra al aceite. [3, 4] - Detergentes y dispersantes
Estos aditivos son usados en muchos aceites
lubricantes para reducir la fricción, el
desgaste y las ralladuras bajo condiciones por debajo
de los limites de lubricación, estas se producen
cuando no se puede mantener una película
lubricante completa, haciéndose progresivamente
más delgada, debido a incrementos de carga o
temperatura, produciéndose un
contacto entre las piezas a través de las
irregularidades o asperezas que estas pudieran
presentar, cuando estas irregularidades hacen contacto
se producen los rayones y se perfora la superficie de
la pieza. Los principales aditivos usados para evitar
el desgaste son: ácidos grasos y esteres.
[3] - Aditivos antidesgaste
Estos compuestos llamados EP son requeridos en
condiciones de operación a altas temperaturas o
bajo cargas pesadas para reducir la fricción,
controlar el desgaste y prevenir graves daños en
la superficie de las piezas. [3] - Aditivos de presiones extremas
Las moléculas de estos aditivos se
pegan a las burbujas de aire
en la espuma, produciendo puntos débiles en la
burbuja para que esta colapse. El volumen adicionado de
éste aditivo es crítico, ya que mucha
cantidad incrementa el potencial de producir espuma.
Los antiespumantes usados son polímeros de la
silicona y polímeros orgánicos. [3,
4] - Antiespumantes
- Disminuyentes del punto de
fluidez
Estos aditivos ayudan a mantener el aceite como un
perfecto fluido a bajas temperaturas al inhibir la
conglomeración de partículas de cera que
impedirían el flujo del aceite, estos aditivos en
realidad hacen uso de las propiedades coligativas de la
solución ocasionando un descenso crioscópico,
el punto de fusión de las partículas de
cera disminuye mas no desaparece. Los aditivos usados para
este fin son los alquilaromáticos. [3] - ADITIVOS
Los aceites usados se clasifican según sus
características físicas, ya que son las
más fáciles de medir y en última
instancia son las que determinan el comportamiento del aceite en el interior del
motor.El color de la luz
que atraviesa los aceites lubricantes varia de negro
(opaco) a transparente (claro). Las variaciones en el
color de los aceites lubricantes resulta de:
diferencias en los petróleos crudos, viscosidad,
el método y grado de tratamiento durante la
refinación, y la cantidad y naturaleza de los aditivos usados. El
color tiene poco significado al momento de determinar
el desempeño de un aceite. [5]- Color
Una de las funciones del aceite de motor es
neutralizar los ácidos creados durante el
proceso de combustión, esto es de particular
importancia cuando se usan combustibles con un alto
contenido de sulfuros. La cantidad de ácido que
un aceite puede neutralizar es expresado en
términos de la cantidad requerida de una base
estándar para neutralizar el ácido en un
volumen especificado de aceite, esta
característica de un aceite es llamada TBN.
[5] - Número total de bases (TBN)
Éste punto es la temperatura más
baja a la cual fluirá el aceite cuando es
enfriado bajo unas condiciones preestablecidas. La
mayoría de los aceites contienen ceras
disueltas, cuando el aceite comienza a enfriarse las
ceras se empiezan a separar en cristales que se
interconectan para formar una estructura rígida, reduciendo la
habilidad del aceite a fluir libremente. La
agitación mecánica puede romper la
estructura de las ceras, así es posible tener un
aceite por debajo de su punto de fluidez. La
importancia de esta propiedad depende del uso que se le va a
dar al aceite. El punto de fluidez debe estar al menos
200º F debajo de la temperatura a la que se
realiza el encendido. [5] - Punto de fluidez
Son el residuo no combustible de un aceite
usado. Contenidos excesivos de cenizas ocasionan
depósitos de cenizas que pueden afectar el
desempeño del motor, su potencia y eficiencia, aunque muy poca
cantidad de cenizas proporciona una menor
protección contra el desgaste. Los detergentes y
el zinc difosfato son las fuentes más comunes de las
cenizas. [5] - Cenizas sulfatadas
- Viscosidad
Probablemente la propiedad más importante
de un aceite lubricante es la viscosidad. La viscosidad es
un factor fundamental para: la formación de
películas lubricantes, afecta la generación
de calor y el enfriamiento de cilindros, engranes y
cojinetes. La viscosidad rige el efecto sellante del
aceite, la tasa de consumo
del aceite y determina la facilidad con la cual la
maquinaria se enciende en condiciones de frío. Al
momento de seleccionar el aceite apropiado para una
aplicación dada la viscosidad es la
consideración primaria, esta debe ser lo
suficientemente alta para proveer películas
lubricantes y no tanto como para que las perdidas debidas a
la fricción sean excesivas. Como la viscosidad es un
factor de la temperatura es necesario considerar las
temperaturas de operación del aceite en la
maquinaria. [1, 3, 5] - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Los aceites de automoción,
básicamente son una mezcla de hidrocarburos
parafínicos, nafténicos y aromáticos
obtenidos por destilación de crudos
petrolíferos (aceites minerales) o por síntesis a partir de productos petroquímicos (aceites
sintéticos). La variación en la
proporción de los diferentes tipos de hidrocarburos
en la mezcla determina las características
físicas y químicas de los aceites. Una alta
fracción de hidrocarburos parafínicos
confiere al aceite una mayor resistencia a la
oxidación, mientras que un alto contenido de
hidrocarburos aromáticos favorece la estabilidad
térmica. Para mejorar las prestaciones del aceite como su longevidad
es común añadir aditivos en cantidades de
entre un 15 y un 25% en volumen de producto terminado. Los
aditivos son de distinta naturaleza y confieren al aceite
propiedades especificas (antiespumantes, antioxidantes, etc.), éstos suelen
provocar problemas en la gestión del aceite una vez se ha
usado. [3, 4]La Tabla 1. Muestra
la composición media de un aceite lubricante y los
aditivos más comunes.Tabla 1. Composición de un aceite usado
según el hidrocarburo base y los tipos de
aditivosComposición media
de un aceite lubricanteTipo de sustancia
Hidrocarburos
Porcentaje (en peso)
Parafinas
Alcanos
45-76%
Naftenos
Cicloalcanos
13-45%
Aromáticos
Aromáticos
10-30%
Aditivos (15 –
25%)Antioxidantes
Ditiofosfatos, fenoles, aminas
Detergentes
Sulfonatos, fosfonatos, fenolatos (de bario,
magnesio, zinc, etc.)Anticorrosivos
Ditiofosfatos de zinc y bario,
SulfonatosAntiespumantes
Siliconas, polímeros
sintéticosAntisépticos
Alcoholes, fenoles, compuestos
cloradosFuente: José Luis Martín Pantoja y
Pilar Matías Moreno. ¿Qué se hace en
España con los aceites usados? En:
Ingeniería Química. Enero 1995, p.
114 - CARACTERÍSTICAS
QUÍMICAS - SISTEMAS DE CLASIFICACIÓN
Los aceites lubricantes para motores a gasolina se
pueden clasificar de acuerdo a dos criterios generales:
según su viscosidad (SAE) y según requerimientos
industriales (API).
La sociedad de
ingenieros automotores SAE ha generado una clasificación
que depende exclusivamente del grado de viscosidad del
lubricante. En aceites para motor existen los monogrados que van
del 0W hasta el 60 y en los multigrados desde el 5W – 50
hasta el 20W – 50.
El instituto Americano del Petróleo (API)
clasifica los aceites para motor de acuerdo a sus
características y a las condiciones exigidas por los
lubricantes de automóviles. La designación para
aceites según API ha variado desde SA hasta SG que es el
recomendado en la actualidad.
Los fabricantes de motores recomiendan una viscosidad
determinada para el aceite a usar y es aconsejable aceptarla. En
ciertos casos es posible que como consecuencia del desgaste el
aceite recomendado resulte demasiado fluido para que la
lubricación cumpla con su papel, en tales casos es
beneficioso utilizar un aceite de mayor viscosidad.
Además de la viscosidad es conveniente
seleccionar el aceite de acuerdo a su calidad indicada
por los términos de la clasificación API. En la
actualidad los aceites de mejor calidad son los SG.
Para el cumplimiento de las condiciones exigidas a los
lubricantes para motor se han establecido normas que
disponen los procedimientos
regulares para la evaluación
de las principales características que posee un aceite
específico.
Las principales asociaciones encargadas de producir
éste tipo de metodologías son la SAE y la ASTM. [2,
5]
Después de su uso, el aceite lubricante adquiere
concentraciones elevadas de metales pesados producto
principalmente del desgaste del motor o maquinaría que
lubricó y por contacto con combustibles. Además, se
encuentran con frecuencia solventes clorados en los aceites
usados, provenientes del proceso de refinación
del petróleo, principalmente por contaminación durante el uso
(reacción del aceite con compuestos halogenados de los
aditivos) o por la adición de estos solventes por parte
del generador. Dentro de los solventes que principalmente figuran
son tricloroetano, tricloroetileno y percloroetileno. La
presencia de solventes clorados, junto con altas concentraciones
de algunos metales pesados constituyen la principal
preocupación de los aceite usados. [1]
Los aceites lubricantes sufren una descomposición
luego de cumplir con su ciclo de operación y por esto es
necesario reemplazarlos. Después del uso de un aceite
queda hollín en el interior, éste es una parte de
hidrocarburo parcialmente quemado que existe como
partícula individual en el aceite, los tamaños de
estas partículas varían de 0.5 a 1.0 micras y
generalmente se encuentran muy dispersas por lo cual es muy
difícil filtrarlas.
Durante la combustión en el interior de los
motores algunos materiales en el combustible, como el sulfuro,
pueden convertirse en ácidos fuertes, éstos se
condensan en las paredes del cilindro llegando al aceite, el cual
transporta los ácidos a las paredes de los cilindros y
desgastan estas piezas metálicas. [3]
La descomposición de los aceites de motor se debe
especialmente a una reacción de oxidación. La
oxidación de los hidrocarburos en fase liquida algunas
veces es una reacción de radicales en cadena. Esta
reacción se muestra en la Figura 1.
Figura 1. Reacción de oxidación de los
hidrocarburos en el aceite.
La reacción no se inicia hasta pasado un cierto
periodo de inducción el cual corresponde al intervalo
necesario para la formación de los peróxidos, que
actúan como catalizadores, durante éste periodo la
oxidación del aceite es muy débil. En el motor la
oxidación se produce de forma muy rápida, en
particular por la elevada temperatura que alcanzan las piezas
próximas a la cámara de
combustión.
Los hidrocarburos parafínicos se oxidan por los
extremos de la cadena formando ácidos o cetoácidos
corrosivos (pasando por los correspondientes productos
intermedios).
Con los hidrocarburos nafténicos se rompe la
cadena y ocurre un proceso análogo al de los hidrocarburos
parafínicos.
Los hidrocarburos aromáticos se oxidan con
más facilidad que los parafínicos y los
nafténicos, a causa de la sensibilidad del hidrogeno
unido a un carbono de una
cadena lateral próxima al ciclo aromático.
[5]
La Figura 2. muestra las reacciones que ocurren en los
hidrocarburos parafínicos y en los
nafténicos.
Figura 2. Reacciones de oxidación en
hidrocarburos nafténicos y parafínicos.
2.1 FACTORES DE DETERIORO
En condiciones ideales de funcionamiento no
habría necesidad de cambiar un aceite lubricante, la base
lubricante no se gasta, se contamina y los aditivos son los que
soportan las críticas condiciones de
funcionamiento.
La naturaleza de las partículas extrañas
que contaminan el lubricante varía de acuerdo con el tipo
de trabajo del mecanismo. Diversos factores como la temperatura y
el estado son
los factores más influyentes para el deterioro del aceite.
[1, 5]
Los lubricantes derivados
del petróleo son hidrocarburos, éstos se
descomponen cuando están sometidos a altas
temperaturas, esto hace que el aceite se oxide o se
polimerice. Un aceite descompuesto de esta manera puede
presentar productos solubles o insolubles, los productos
solubles, por lo general, son ácidos que forman
emulsiones estables en presencia de agua y
que atacan químicamente las superficies
metálicas, principalmente cuando son de plomo o de
cobre-plomo, si la concentración de
estos ácidos aumenta considerablemente no pueden ser
inhibidos por los aditivos antioxidantes y anticorrosivos,
formando lodos que dan lugar a los productos insolubles. Si
estos productos no se eliminan del aceite pueden deteriorar
las superficies metálicas que lubrican o taponan las
tuberías de conducción del mismo.La oxidación y la polimerización
depende en mayor grado del tipo de base lubricante de que
esté compuesto el aceite y del grado de refinamiento
que posea, aunque es posible evitar que ocurran mediante la
utilización de aditivos antioxidantes.A temperatura ambiente
el aceite puede mostrar algún grado de deterioro, el
cual no incide apreciablemente en su duración, a
temperaturas menores de 50ºC la velocidad de oxidación es bastante
baja como para no ser factor determinante en la vida del
aceite. Mientras más baja sea la temperatura de
operación, menores serán las posibilidades de
deterioro. [5]- Temperatura de operación
Esta se encuentra principalmente por la
condensación del vapor presente en la
atmósfera o en algunos casos se debe a fugas en los
sistemas
de enfriamiento del aceite. El agua
presente en el aceite provoca emulsificación del
aceite, o puede lavar la película lubricante que se
encuentra sobre la superficie metálica provocando
desgaste de dicha superficie. [5] - Agua
Se encuentran en los aceites debido a su paso
hacia la cámara de combustión y de esta hasta
el cárter, al interactuar con el aceite ocasionan
una dilución del mismo. [5] - Combustibles
- Sólidos y polvo
Se deben principalmente a empaques y sellos en mal
estado,
permitiendo que contaminantes del medio entren al
aceite.
Otros contaminantes menos frecuentes aunque igualmente
perjudiciales son: tierra y
partículas metálicas provenientes del desgaste de
las piezas, hollín y subproductos de la combustión
de combustibles líquidos. [5]
Todo residuo o desecho que pueda causar daño a la salud o al
medio
ambiente es considerado como un residuo peligroso,
fundamento por el cual los gobiernos tienen la responsabilidad de promover la adopción de medidas para reducir al
máximo la generación de estos desechos,
así como establecer políticas y estrategias para que su manejo y
eliminación se ejecuten sin menoscabo del medio
ambiente y se reduzcan sus propiedades nocivas mediante
técnicas apropiadas.En el mundo han hecho su aparición en los
últimos años, nuevos procesos y
tecnologías que permiten la reutilización o
reciclaje de residuos o desechos peligrosos,
transformándolos en sustancias susceptibles de ser
utilizadas o aprovechadas ya sea como materia
prima o como energéticos. Por desconocimiento de
procedimientos técnicos para su adaptación,
por ausencia de normatividad sobre su reutilización
industrial, por la carencia de estándares de consumo
en calderas, hornos y secadores y por el
mercado
negro existente con estos productos, se presume que los
manejos dados a los aceites usados y en general a este tipo
de energéticos alternativos, son inadecuados, no
solo ambiental, sino técnicamente. Estos
procedimientos están generando la degradación
del medio ambiente por la gran cantidad de contaminantes,
particularmente aquellos asociados con contenidos de
metales como arsénico, cadmio, cromo, plomo y
antimonio entre otros, que son emitidos a la
atmósfera durante el proceso de combustión.
Estos compuestos químicos producen un efecto directo
sobre la salud humana y varios de ellos son
cancerígenos. [6]- PROBLEMÁTICA AMBIENTAL
Dependiendo de la aplicación que se les
vaya a dar, los aceites poseen composiciones muy variables, en todos los casos como
consecuencia de su utilización se degradan perdiendo
las cualidades que les hacían operativos, llegado
éste punto se hace necesaria su sustitución
por otros nuevos, generándose un residuo que puede
ser variable en cantidad y composición, dependiendo
de la procedencia. Las características del aceite
usado pueden variar dentro de un amplio margen dependiendo
de la procedencia y aplicación del aceite, en
general las contaminaciones tienen su origen en compuestos
derivados de la degradación de los aditivos en
subproductos de combustión incompleta, polvo,
partículas metálicas o en contaminaciones
exteriores por mal mantenimiento o mal almacenamiento del aceite (agua,
disolventes, etc.).Su composición química presenta una
serie de contaminantes como son: agua, azufre, compuestos
clorados y metales pesados que determinan sus
características toxicas y peligrosas. [4]La Tabla 2. muestra la composición media de
un aceite usado.Tabla 2. Composición de un aceite usado
según su procedenciaPara ver la tabla seleccione la
opción "Descargar" del menú
superiorFuente: José Luis Martín Pantoja y
Pilar Matías Moreno. ¿Qué se hace en
España con los aceites usados? En: Ingeniería
Química. Enero 1995, p. 115La concentración de metales en un aceite
usado se debe principalmente a la degradación de
aditivos órgano metálicos del aceite
lubricante nuevo, además de desgastes producidos por
rozamientos en las piezas móviles del motor. La
presencia del plomo en particular se debe en su totalidad a
la degradación del tetraetilo de plomo de las
gasolinas. Estos contaminantes provocan importantes
dificultades a la hora de buscar destinos finales al
aceite.Se esta investigando la posibilidad de disminuir
al máximo el porcentaje de aditivos órgano
metálicos en los lubricantes o sus
sustitución por otros compuestos capaces de conferir
al aceite características similares sin incluir
metales pesados en su composición. [4, 6] - CARACTERISTICAS QUÍMICAS
- CARACTERIZACIÓN
Las pruebas
establecidas para aceites se pueden dividir en dos
clases:
La primera de ellas agrupa a todas aquellas que
evalúan las características físicas o
químicas del lubricante tales como viscosidad,
índice de viscosidad, color, componentes, gravedad
específica, etc.
La segunda clase de
ensayos sirve
para evaluar las cualidades del lubricante en operación,
observando y midiendo los efectos producidos en el motor durante
un tiempo programado de prueba. [2]
La caracterización consiste en medir las
propiedades más representativas que tienen los aceites
lubricantes. Es importante conocer la naturaleza y
extensión del grado de contaminación o deterioro de
dicho lubricante.
La caracterización se puede tomar como una medida
o patrón de calidad de un aceite lubricante, para
determinar la factibilidad del
nuevo uso o para diagnosticar defectos en el rendimiento y
funcionamiento del motor de un vehículo. Los análisis de caracterización implican
y ayudan a juzgar la eficiencia del proceso de
regeneración escogido.
Las propiedades susceptibles a ser medidas en un proceso
de caracterización de un aceite usado están
estipuladas y regidas por las normas ASTM, las propiedades y las
normas que rigen su uso se muestran en la Tabla 3.
La presencia de los diversos metales presentes en el
interior del aceite usado es determinada usando absorción
atómica.
La presencia de cenizas es un indicativo de la cantidad
de aditivos presentes en el aceite usado, un alto porcentaje de
éstas implica una alta concentración de
detergentes. [5]
Para lograr un análisis efectivo de los aceites
usados es necesario tomar una muestra representativa del aceite
que se quiere analizar, por esto no se recomienda tomar las
muestras del sistema de
drenado del motor. Si es necesario tomar la muestra del drenado
esta se debe hacer cuando el aceite está caliente y
tomando la muestra de un punto intermedio en el
drenado.
Las muestras deben ser consistentes, tanto en el sitio
donde se toman como en el tiempo de vida que llevan en el
interior de la maquinaria y se deben tomar cuando el aceite
está a la temperatura de operación, preferiblemente
mediante el uso de una bomba de vacío. El aceite
muestreado se debe mantener aislado del ambiente después
de tomar la muestra para evitar la
contaminación externa, las técnicas de
análisis del aceite buscan las partículas presentes
en el aceite, si estas contienen agentes externos dicha muestra
no será representativa.
Al momento de tomar la muestra se deben limpiar las
boquillas del motor para evitar que los metales presentes en las
boquillas entren en la muestra y es necesario anotar todos los
datos
pertinentes a dicha muestra como lo son: la fecha, la maquina de
la que se tomo la muestra, tiempo de uso del aceite y el sitio
donde se realizo el muestreo.
[7]
Tabla 3. Propiedades medidas en un proceso de
caracterización de aceites usados y las normas que rigen
su empleo
Viscosidad a 40 y 100º C | Norma ASTM D88 |
Punto de chispa | Norma ASTM D92 |
Punto de encendido | Norma ASTM D88 |
Contenido de agua | Norma ASTM D95 |
Contenido de cenizas sulfatadas | Norma ASTM D874 |
Densidad | Norma ASTM D287 |
Acidez y basicidad | Norma C13. 46/83 |
TBN | Norma ASTM 2896 IP |
Índice de viscosidad | Norma C.13 33/79 |
Índice de refracción | Norma ASTM D1218 |
Sedimento metálicos | Norma ASTM D1796-97 |
% Carbón Conradson | Norma ASTM D189 |
Fuente: Recuperación de aceites lubricantes para
automotores a partir de aceites usados y desechados, utilizando
procesos físico-químicos. Jairo Antonio Ramírez,
Director: Jorge Ovidio Ríos. Tesis de grado
Universidad de
Antioquia, 1994.
3. RECUPERACIÓN Y RECICLADO DE ACEITES
USADOS
El aceite recuperado se debe emplear para condiciones de
servicio menos
críticas que aquellas en las que estaba sometido
inicialmente.
Los aceites usados que se generan en el mundo son
manejadas en tres formas principales: rerrefinadas
(regeneración) en bases lubricantes para su posterior uso,
destiladas a combustible diesel y comerciadas como combustible
sin tratar (fueloil).
La combustión de 1 litro de aceite usado produce
en promedio emisiones al aire de 800mg de zinc y 30mg de plomo.
La combustión de los aceites usados comparados con la
rerrefinación y la destilación genera en promedio
150 y 5 veces más contaminación respectivamente.
[1,7]
Antes de decidir cual método se usara en la
recuperación de un aceite usado es necesario conocer la
composición química de dicho aceite (cuanto menor
sea la calidad del aceite base en el aceite usado mayor
será el precio y
dificultad de su tratamiento), ya que el método de
recuperación a elegir esta íntimamente ligado a la
composición química de un aceite usado, en algunos
casos el factor decisivo es la disposición de
infraestructuras adecuadas. [5]
Éste proceso es empleado para producir MDO
y flux de asfalto, al comienzo del proceso se destila el
aceite usado para remover compuestos volátiles, agua
y el destilado final es la separación de los aceites
pesados (destilado) de los contaminantes (fondos). El
proceso de destilación requiere suministro de
materia (NAOH) y energía (electricidad y gas
natural). El producto de la destilación es un
aceite diesel de alta calidad (bajo en cenizas y contenido
de azufre) y un subproducto de flux de asfalto. El volumen
de combustible MDO es una fracción menor del
producto total. Por destilación los metales pesados
y otros contaminantes del aceite usado salen por el flujo
de asfalto. [8]- DESTILACIÓN
Para el aprovechamiento energético de los
aceites usados se pueden seguir dos caminos diferentes en
función de las instalaciones en las que se va a
realizar el mismo. El primer camino esta destinado como
combustible en instalaciones con alta potencia
térmica, altas temperaturas, gran consumo de
combustible y alta producción de gases.
El mayor ejemplo de esto son los hornos de clinker en las
cementeras, estos hornos queman el aceite usado y los
contaminantes de éste especialmente los metales
quedan incorporados al cemento,
aquellas partículas que no lo hacen son retenidas
por precipitadores electrostáticos. El segundo
camino es usado en la aplicación de tratamientos
físico-químicos más complejos con el
fin de fabricar un combustible que pueda tener un espectro
de utilización más amplio en instalaciones
con menos potencia térmica o en motores de
combustión y calderas. Estos tratamientos deben
incluir como mínimo la separación de
elementos volátiles y de metales pesados, así
como agua y sólidos (normalmente esto hace por
destilación o por tratamiento con aditivos
floculantes).El aceite se constituye en uno de los residuos con
mayor potencial para ser empleado como combustible por su
elevada capacidad calorífica. La
transformación del aceite usado a energético,
requiere la aplicación de un tratamiento tendiente a
adecuar las condiciones del aceite a las
características propias del proceso de
combustión, consistente básicamente en la
aplicación de dos etapas: adecuación del
aceite usado mediante procesos de filtración para
retirar partículas gruesas y remoción de
partículas finas, mediante procesos de
sedimentación y centrifugación. Estas etapas
involucran la adición de desemulsificantes, para el
rompimiento de las emulsiones formadas con el agua. [4,
6]Los aceites usados contienen concentraciones de
metales pesados, sulfuros, fósforo y total de
halógenos un poco más altas que las de los
petróleos crudos, por la baja calidad como
combustible de los aceites usados estos se mezclan con
otros combustibles antes de su uso, con esto los niveles
específicos de contaminantes se disminuyen a los
límites aceptados. Desde el punto de
vista global las emisiones netas por unidad de combustible
quemado son las mismas sin importar el grado de
dilución. [8] - COMBUSTIÓN
- REGENERACIÓN
La regeneración de aceites usados es la
operación mediante la cual se obtienen de los aceites
usados un nuevo aceite base comercializable. Casi todos los
aceites usados son regenerables aunque en la práctica la
dificultad y el costo hacen inviable la regeneración de
aceites usados con alto contenido de aceites vegetales, aceites
sintéticos, agua y sólidos.
Un proceso de regeneración consta de tres
fases:
Pretratamiento: esta fase consiste en eliminar una parte
importante de los contaminantes del aceite usado, como son: el
agua, los hidrocarburos ligeros, los lodos, las partículas
gruesas, etc. Cada proceso emplea un método determinado o
incluso una combinación de varios.
Regeneración: en esta fase se eliminan los
aditivos, metales pesados y fangos asfálticos. Éste
punto es el paso principal de cada método, cada uno de
ellos obteniendo al final un aceite libre de contaminantes con
una fuerte coloración que lo hace inviable comercialmente,
por esto es necesario incluir una ultima etapa de
acabado.
Acabado: Dependiendo del objetivo final
del aceite dependerán los métodos usados en esta
etapa.
Dependiendo del proceso empleado pueden existir o no
todas las fases. [3, 8]
La carga de lubricante usado es sometida a una
evaporación de aquellos productos ligeros como agua
e hidrocarburos del rango de la gasolina. Después de
éste paso previo la carga se trata con ácido
sulfúrico obteniéndose un rendimiento de 85%
aproximadamente en relación con el producto tratado.
El resto constituye un desecho aceitoso y ácido. El
producto obtenido después del tratamiento
ácido es enviado a filtración con arcilla y
cal, para mejorar su color y su acidez. En éste
proceso de filtración se obtiene un desecho del 3 al
4 por ciento constituido por una mezcla de aceite
ácido y arcilla. En la siguiente etapa el aceite se
fracciona para separar destilados livianos del tipo
gas-oil
y así obtener finalmente la base
lubricante.El proceso tiene un rendimiento global de 70% en
peso. [5]- Proceso convencional
Ácido-ArcillaLa carga de aceite usado es previamente
deshidratada para eliminar el agua existente y otros
contaminantes de bajo punto de ebullición.
Posteriormente el aceite se pasa a través de una
unidad de termocraking, la cual permite reducir los
desechos, por el tope de esta unidad se obtiene un
destilado que unido al producto de la unidad de
vacío, formaran después de la
redestilación el "spindle oil". El producto de
salida de la unidad de termocraking se bombea a la unidad
de tratamiento ácido, en la cual se pone en contacto
con el ácido sulfúrico, obteniéndose
de esta operación el aceite ácido, resultante
del tratamiento y un desecho ácido, el cual
representa el 10.5% en peso en relación ala carga.
Este aceite ácido se lleva a la unidad de
vacío donde se despoja de la fracción de gas
oil y finalmente se trata en la unidad de
filtración-neutralización, donde se obtiene
un básico de alta calidad.El rendimiento de la planta es del 70% en peso con
relación a la carga sin contar un 12% de gas oil
obtenido como producto secundario, el cual se utiliza como
combustible. Este proceso es el más difundido
mundialmente por su versatilidad y eficiencia.
[5] - Proceso Meinken
Es una modificación del proceso
ácido-arcilla convencional. En éste proceso,
se incluyen nuevas unidades con el objeto de disminuir el
consumo de ácido sulfúrico y por consiguiente
la producción de desechos.El rendimiento del proceso en relación con
la carga es 79.5% en peso y un 6% de gas oil, y el volumen
de residuos se limita a un 5%. [5] - Proceso selecto propano
ácido-arcillaEste proceso tiene como fin producir bases de alta
calidad, sin dejas desechos como el proceso selecto propano
ácido-arcilla. La carga de aceite usado, alimenta a
la unidad de pretratamiento, para eliminar agua e
hidrocarburos livianos, esta carga pretratada, se bombea a
la unidad de selecto propano, en la cual se preparaba los
destilados con propiedades lubricantes y un residuo de
hidrocarburos pesados, que pueden usarse como
combustible.Los destilados obtenidos se bombean a la unidad de
hidrotratamiento, en donde son hidrogenados. Las bases
hidrogenadas se destilan en tres cortes, los cuales se
filtran y almacenan. Las bases obtenidas del tipo "spindle
oil", neutral y bright-stock representan un 83.2% en peso
con relación a la carga, se obtiene además un
6% de gas oil, 1.5% de gas combustible y un 5% de
combustible pesado. [5] - Proceso selecto propano-hidroterminado
Éste proceso no deja productos de desecho y
consiste en las siguientes etapas:Pretratamiento y destilación al
vacío: el aceite usado es deshidratado y son
eliminados parte de los hidrocarburos livianos,
subsiguientemente el aceite se envía a una torre de
destilación al vacío, donde se extraen los
livianos remanentes por la cabeza y contaminantes diversos
por el fondo. Esto último es considerado de suma
importancia para minimizar el consumo de hidrógeno en el hidrotratamiento
posterior del aceite, la destilación al vacío
produce bases lubricantes en el rango deseado para su
posterior tratamiento. Un diseño especial de la torre permite
la obtención de altos rendimientos de destilado, con
mínimo de arrastre de compuestos asfálticos
en los cortes, con el objeto de evitar el envenenamiento
prematuro y excesiva deposición de cocke en el
catalizador de hidrogenación. Los productos livianos
separados pueden ser usados como combustibles. El fondo
contiene metales, productos de polimerización y
materiales asfálticos, que se pueden mezclar con
residuos de refinería para la manufactura de asfalto para
pavimento.Hidroterminado: estabiliza el color y olor en los
aceites, produce bases lubricantes con las especificaciones
deseadas. [5] - Proceso K.T.I.
Éste proceso incorpora un primer paso de
deshidratación para eliminar agua e hidrocarburos
livianos, seguido por una precipitación de lodos que
se consigue con el uso del solvente
2-propanol-metilcetona-1-butanol con una relación de
aceite de 3:1. Éste paso provee una
recuperación promedio de la base 95% en peso con una
reducción de cenizas del 75%. Posteriormente el
aceite extraído con solvente se pone en contacto con
arcilla para mejorar el color y el olor.Finalmente se realiza el hidrotratamiento que es
el paso más complejo y más costoso con la
ventaja de generar un mínimo de subproductos.
[5] - Proceso Berk
El aceite usado se pone en contacto con una
solución de fosfato diamonico, los metales (excepto
el zinc ditiofosfato) reaccionan con el fosfato para
producir fosfatos insolubles en agua y en
aceite.El aceite sale de éste proceso convertido
en una emulsión que contiene aproximadamente el 1%
de los sólidos, esta emulsión se trata
mediante un tratamiento térmico que produce la
degradación de una cantidad apreciable de
éste compuesto de fósforo y a la vez produce
la aglomeración de los sólidos dispersos, los
cuales se separan posteriormente por
filtración.El aceite desmetalizado y deshidratado se mezcla
con hidrógeno en caliente utilizando
níquel-molibdeno, éste tratamiento remueve
compuestos de azufre, nitrógeno y cloro.El aceite se hace circular a través de un
lecho de arcilla, la arcilla tiene como fin la
descomposición de los ácidos
sulfónicos y mejorar el color y el olor del aceite
obtenido.Finalmente se lleva a cabo un proceso de limpieza
para remover la fracción de combustibles restantes,
esta operación permite controlar el punto de
encendido del aceite purificado.Esta es una de las tecnologías usadas en la
regeneración de lubricantes que no produce
contaminación (ya que no usa ácidos o
solventes en el tratamiento), no requiere
destilación al vacío, no cambia la estructura
de los hidrocarburos que constituyen el aceite y los
contaminantes se retiran de forma tal que no contaminan el
ambiente. [5] - Proceso PROP
- Extracción por solvente
Esta técnica es uno de los procesos más
económicos y más eficientes en la
recuperación de aceites usados. Éste proceso
reemplaza el proceso de ácido-arcilla produciendo un lodo
orgánico útil en lugar de un lodo toxico. El
proceso consiste en mezclar el aceite usado y el solvente en
proporciones adecuadas para asegurar una completa miscibilidad de
la base lubricante en el solvente. El solvente debe retener los
aditivos y las impurezas orgánicas que normalmente se
encuentran en los aceites usados, estas impurezas floculan y
sedimentan por acción
de la gravedad. Al final se recupera el solvente por
destilación para propósitos de
reciclaje.
Éste proceso es capaz de remover entre 10-14% del
aceite usado como contaminante, lo cual corresponde a la cantidad
de aditivos e impurezas que normalmente se encuentran en el
aceite usado. La etapa más crítica
en el diseño de éste proceso es desarrollar el tipo
apropiado de solvente, los parámetros de extracción
y la relación de solvente: aceite. El sistema debe tener
la capacidad de separar el máximo posible de lodos del
aceite usado y al mismo tiempo perder la mínima cantidad
de base lubricante en los lodos.
El aceite usado se guarda en un tanque con fondo
cónico para permitir la sedimentación de
partículas grandes, se deja en el tanque por 3 días
para homogenizarlo. Una mezcla de aceite usado y solvente (se
recomienda usar: 2-propanol, MEK o 1-butanol) se agita a 275rpm
durante 15 minutos, estas condiciones aseguran un mezclado
adecuado. La mezcla se deja sedimentar por 24 horas,
después de esto se lavan los lodos usando 2-propanol y
n-hexano, éste proceso de lavado remueve un 95% del aceite
intersticial presente en los lodos. Siguiendo el proceso de
lavado los lodos se llevan al horno por 5 minutos a 100º C
para evaporar el exceso de solventes. Las perdidas del aceite se
calculan como el peso de los lodos húmedos antes de
lavarlos menos el peso de los lodos secos sobre el peso del
aceite adicionado en la mezcla. [9]
Esta solución se usa cuando no es posible
ni la regeneración, ni la combustión de los
aceites usados, debido a la presencia de contaminantes
tóxicos en el aceite usado. La estabilidad de estos
compuestos y la dificultad de su eliminación hacen
inviable otros procedimientos. La presencia de PCBs en el
aceite en concentraciones superiores a 50ppm se debe
eliminar por éste método. [4, 8]- DESTRUCCIÓN
TÉRMICA - OPCIONES EN COLOMBIA
En Colombia se
generan mensualmente 2.9 millones de galones de aceites usados al
mes, 450 mil de ellos proceden del Valle de Aburrá. En la
estación de transferencia de Corpaúl se pueden
recolectar176 mil galones mensuales. La recolección de
aceites usados en la planta se hace con cuatro camiones para
recolección con tambores de 55 galones y un carrotanque
para la recolección a granel. [10]
La opción más adecuada para el
país, por la factibilidad del montaje y los costos, es la
combustión de los aceites usados. En éste proceso
luego de realizada la operación de separación, se
origina un desecho o lodo con alto contenido de metales pesados,
el cual debe ser dispuesto de forma tal que asegure de cualquier
manera que estos metales no serán absorbidos por los seres
vivos, existen 4 opciones posibles para tratar estos lodos:
incineración, encapsulamiento en clinker,
vitrificación o ceramizado y relleno en las vías
durante la elaboración de capa
asfáltica.
Una vez el residuo es transformado, puede producir
distintos combustibles industriales al mezclarse con los
energéticos tradicionales y comúnmente empleados en
la industria en
general como son el ACPM y el fueloil, cumpliendo igualmente con
las especificaciones establecidas por la ASTM 396.
La cantidad máxima de aceite usado tratado que
puede ser mezclado con otros combustibles pesados, se encuentra
limitada por algunas especificaciones determinantes, como el
contenido de cenizas (generalmente 0.1 % máx.) y
principalmente por los rangos de viscosidad, que varían de
acuerdo con los diferentes equipos a los cuales se destinen estos
combustibles. [6]
El término biodegradación no indica la
extensión en la que se ha alterado una molécula,
tampoco señala si en el proceso se genera energía.
Quizá resulte más apropiado hablar de
biotransformación para referirse al proceso a
través del cual un ser vivo modifica un compuesto sin
llegar a mineralizarlo. En algunos casos el producto resultante
puede ser incluso más tóxico y perjudicial que la
sustancia de partida.
Los compuestos mineralizables se convierten en
CO2, agua y formas inorgánicas por la
acción de los seres vivos, predominantemente por los
microorganismos y como parte del constante reciclaje de los
átomos de carbono. La mineralización de un
compuesto implica su alteración estructural y la
formación de intermediarios metabólicos que pueden
servir de elementos estructurales de la célula
o de combustible al oxidarse. Los intermediarios pueden
convertirse en distintos compuestos orgánicos antes de su
combustión final. En el proceso de transformación
de un compuesto en otro, puede sufrir la pérdida de uno o
más de sus elementos estructurales o sólo una mera
reordenación de sus átomos.
El principal problema en la biodegradación es la
baja en la tasa de degradación cuando disminuye la
concentración de contaminantes (compuestos a degradar), en
la mayoría de los casos esto es ocasionado por la
eliminación de co-sustratos necesarios para la
degradación de otros contaminantes por medio del
co-metabolismo.
Ésto lleva a diseñar procesos basados en reactores
controlados, para una correcta biodegradación del aceite y
no simplemente agregar el inoculo a los aceites para degradarlos.
[11]
Hay dos métodos usados en la
degradación de hidrocarburos, el primero se basa en
las capacidades metabólicas de las especies presentes
en los hidrocarburos, la degradación se consigue al
modificar el sustrato, por aeración o aplicando un
fertilizante, y en el segundo se adicionan poblaciones
foráneas de microorganismos que son escogidos por sus
capacidades de degradar hidrocarburos. El método de
siembra de microorganismos requiere que se agregue una
cantidad de inoculo mayor a la biomasa que esta presente en
el medio para asegurar la supervivencia del inoculo,
éste método no es muy rentable para la
aplicación en aceites usados, ya que debe competir con
una gran cantidad de microorganismos. La modificación
del sustrato es un método puede incrementar la
degradación de 0.03 g/m3 día que se tiene
normalmente en el aceite hasta 50g/m3 día, esto tiene
el inconveniente de que es posible que también aumente
la tasa de degradación de sustancias que no se desean
degradar. [12]La degradación, o catabolismo, de compuestos
orgánicos por las bacterias
ha llamado la atención de numerosos
microbiólogos, bioquímicos y genéticos
de este siglo. El enfoque y el punto de interés han variado con la naturaleza
de la propia disciplina
y en conjunto han contribuido a desentrañar las bases
moleculares del metabolismo bacteriano.Es difícil exagerar la importancia de la
versatilidad metabólica bacteriana y de las leyes que
regulan su funcionamiento. Las bacterias son organismos que
gozan de una enorme plasticidad bioquímica, se adaptan con facilidad a
cambios ambientales y son muy tolerantes a situaciones
extremas en el medio donde habitan. Esos microorganismos
constituyen, además, un sistema ideal para el desarrollo
de modelos
biológicos que no encuentra parangón en otros
sistemas vivos. Los cambios evolutivos que se producen en las
bacterias ocurren de manera constante, debido a que se
multiplican rápidamente, permiten el estudio de esos
cambios, su control y
su imitación en el laboratorio.Muchos investigadores se han mostrado
escépticos ante la posibilidad de que las bacterias y
otros microorganismos del suelo crezcan
a expensas de hidrocarburos como única fuente de
energía, aunque esa capacidad parece plenamente
comprobada: a lo largo de miles de años, los
microorganismos se han visto expuestos a compuestos
aromáticos naturales que se han formado por pirolisis
de compuestos orgánicos naturales. El tipo de
aromático que se forme dependerá de la
temperatura de pirolisis, así, a temperaturas elevadas
(2000 grados Celsius) se producen, preferentemente,
hidrocarburos policíclicos no sustituidos, a
temperaturas intermedias (800 grados C), hidrocarburos con
sustituciones alquílicas, y, a bajas temperaturas (150
grados C), los petróleos.La estrategia
seguida por los microorganismos consistía en
desestabilizar el anillo aromático mediante la
introducción de dos grupos
hidroxilo. Así, el compuesto pasa a ser susceptible de
ataque enzimático para rendir formas asimilables del
carbono.Desde el punto de vista termodinámico, y en
las condiciones actuales de la tierra,
todos los compuestos orgánicos son inestables y
tienden a su forma más estable, que es el
anhídrido carbónico (CO2) en situación
aerobia o el metano
(CH4) en un ambiente anaerobio, o carente de oxígeno.Un compuesto recalcitrante es tóxico para los
microorganismos, presenta estructuras químicas muy
estables y resistentes al ataque biológico o posee
elementos estructurales que raramente se encuentran en la
naturaleza. En general, la resistencia de un compuesto
aromático al ataque por los seres vivos aumenta con el
número de sustituyentes que tenga, cualquiera que sea
su naturaleza química. La degradación de
aromáticos ocurre en dos fases: la primera consiste en
la activación del anillo mediante la
introducción de dos grupos hidroxilo, la segunda, en
la fisión o ruptura del anillo activado. El ejemplo
más sencillo de activación del anillo
aromático lo constituye la oxidación del
benceno por la benceno oxigenasa para producir un
dihidrodiol, que posteriormente se oxida a catecol,
éste último compuesto es la verdadera forma
activada del anillo. Un mismo compuesto puede sufrir
distintos tipos de ataque que conduzcan a la forma activada.
[11]En algunos casos, los compuestos naturales presentan
ya un grupo
hidroxilo en su molécula. Acontece eso con el fenol,
el cual se oxida a catecol por acción de un fenol
hidroxilasa. En estos casos, la preparación del anillo
para su rotura no sólo implica su activación,
sino ambién la eliminación de la
sustitución.Uno de los aspectos más interesantes del
metabolismo de los aromáticos lo ofrece la
fisión del anillo aromático, una vez que lleva
incorporados los dos sustituyentes hidroxilo. La rotura del
anillo está siempre catalizada por una dioxigenasa, se
denomina fisión orto (también, fisión
intradiol), cuando ocurre entre los carbonos 1 y 2 del anillo
aromático, y fisión meta (fisión
extradiol), si se produce entre los carbonos dos y tres del
anillo aromático. Los productos que se forman tras la
fisión del anillo se transforman luego, a
través de varios pasos, en compuestos que entran en el
metabolismo central de la bacteria. [13]Los microorganismos producen una variedad de
biosurfactante, ya sea como parte integral de su superficie
celular o como moléculas liberadas de forma
extracelular al medio, estas biosurfactante pueden mejorar la
remoción de hidrocarburos.Los surfactantes químicos tienen el potencial
de mejorar el acceso de los microorganismos a sustratos
hidrofóbicos, aunque en algunas ocasiones pueden
llegar a inhibirlos. Una de las propiedades de los
surfactantes químicos que puede influenciar su
eficacia
es la concentración crítica de micelas (cmc),
esta es la concentración de surfactante a la cual la
tensión superficial alcanza un mínimo y los
monómeros de surfactante se agregan en micelas, el
valor del
cmc es muy importante porque es el valor de surfactante que
se debe agregar para obtener una biodegradación
máxima. La determinación de éste valor
para un cultivo mixto es muy compleja, por lo cual se
prefiere estudiar el comportamiento de cultivos puros.
[14]La degradación de aceites normalmente se hace
usando la bacteria Rhodococcus sp.strain I72, esta bacteria
posee la facultad de degradar correctamente tanto aceites
nuevos como aceites usados. Las bacterias adaptadas a un
medio particular deberían tener una mayor eficiencia
en la degradación de dicho medio que una que no esta
habituada a dicho medio, por esto es necesario estudiar por
separado el efecto de los microorganismos en los aceites
nuevos y los usados. [13]- HIDROCARBUROS
En estos aceites por lo general se encuentran las
siguientes géneros de bacterias: Nocardia,
Acinetobacter, Pseudomonas, Ralstonia, Gordono, Rhodococcus,
Agrobacterium y Debaryomyces. Los microorganismos tienen
capacidad de degradar la mayoría de los componentes de
hidrocarburos naturales, especialmente: alcanos
saturados e insaturados, monoaromáticos e
hidrocarburos aromáticos de bajo peso molecular. Los
microorganismos deben estar en contacto directo con el
sustrato para poder
degradar el compuesto orgánico, esto se ve dificultado
por la naturaleza insoluble de la mayoría de las
moléculas de hidrocarburos. Los métodos
más comunes de degradación se realizan por la
adhesión de los microorganismos a gotas de aceite
emulsificado (pseudosolubilizado). Todo intento de mejorar la
degradación del aceite debe incluir estrategias para
mejorar el acceso de los microorganismos a las
moléculas insolubles. [13] - ACEITES NUEVOS
Los microorganismos presentes en los aceites nuevos
son muy similares a los que se encuentran en los aceites
usados, estos últimos presentan una mayor resistencia
a los metales pesados lo que se traduce en una menor
capacidad de degradar los compuestos orgánicos [13].
La forma más fácil de degradar completamente
estos hidrocarburos es usar degradación secuencial con
diferentes microorganismos. La degradación secuencial
consiste en usar microorganismos distintos para degradar el
aceite, usando primero de ellos, luego el producto de ellos
se usa como sustrato para el siguiente [15]. La
biodegradación se determina mediante el uso de
TLC-FID,
usando hopano (un hidrocarburo de 30 C) como el
estándar interno [16]. - ACEITES USADOS
Los metales pesados a concentraciones excesivas
tienen un gran impacto en la estructura de una comunidad
microbiana, su actividad y biomasa. Los efectos adversos de
metales pesados se reflejan en: reducciones en la biomasa y
la actividad de los microorganismos, estas bajas en la
biomasa y en la actividad microbiana limitan la
descomposición de compuestos orgánicos por
parte de los microorganismos. Una reducción en la
actividad microbiana puede estar originada por un cambio en
la estructura después de una exposición a largo plazo a metales
pesados. La presencia de múltiples contaminantes puede
presentar problemas al momento de degradarlos, puesto que los
microorganismos resistentes a los contaminantes poseen una
habilidad restringida para degradar contaminantes
orgánicos.La relación entre la composición de la
comunidad microbiana y el Plomo y el Cromo, se realiza
mediante un análisis con ácido graso
fosfolipido (PLFA). Los análisis por PLFA muestran que
no existe diferencia en la actividad microbiana para
diferentes concentraciones de Cr o Pb (para concentraciones
mayores a 2.5mM y 0.01mM respectivamente). La resistencia de
los microorganismos a la presencia del Cr es mucho mayor que
al Pb, en el Cr se ha obtenido crecimiento de bacterias a 10
mM de Cr mientras que en el Pb el máximo obtenido es
en concentraciones de 150 μM. La presencia de
contaminantes con Pb(NO3)2 en adiciσn al Pb y Cr tiene
un incremento en la actividad microbiana con
relaciσn a Pb y Cr solos, las bases
fisiológicas de esto son aún desconocidas,
aunque se sabe que no es debido a la presencia del
nitrógeno.[17] - CROMO Y PLOMO
Los bifeniles policlorados se sintetizan por
cloración del bifenil, siendo posibles 209 posibles
tipos de PCB. Debido a su naturaleza física y
química (alta resistencia térmica, inertes
químicamente,…) han sido ampliamente usados
industrialmente, y su misma naturaleza ha llevado a una
acumulación de estas sustancias, causando problemas de
salud en los organismos contaminados.La mayoría de las bacterias que degradan PCB
pertenecen al género
de las pseudomonas, y todas son obligatoriamente
aerobias.El bifenil es el sustrato más usado para el
desarrollo de las bacterias que degradan PCBs debido a que
tiene una ruta metabólica muy similar a la de los
PCBs. Se han usado otros sustratos para el cultivo de los
microorganismos, debido a la naturaleza tóxica del
bifenil, entre estos sustitutos se encuentra el ácido
linoleico. [18]La degradación de los PCB es un ejemplo de
cómo la polución por compuestos fabricados por
el hombre
puede ser manejada por los microorganismos, y de la
increíble habilidad de estos de adaptarse a cambios en
el entorno.Una bacteria anaerobia aislada de la bahía de
Charleston cataliza la biodegradación de PCBs,
ésta bacteria es de coloración negra y textura
gelatinosa. Dichas bacterias son las primeras que se han
encontrado capaces de romper los enlaces de cloro en
posición otro- de los bifeniles, la distinción
yace en el potencial de una completa degradación de
desechos con PCBs.El crecimiento de estas bacterias se monitorea
midiendo el cambio en la densidad
óptica a 600nm, y se mide el
crecimiento de alcohol
usando un cromatógrafo de gases.La presencia de bromo-sulfuro de etano (BES),
neomicina, estreptomicina y amficilina inhibe el crecimiento
de la bacteria, aunque el 2, 3, 4, 5- cloro-bifenil se
degrada en presencia de pequeñas cantidades de BES.
[19] - PCB
Los productos de los aceites minerales pueden ser
degradados por el uso de microorganismos. La pseudomonas
putida y el geotrichium candidum puestos en una
proporción de 5:1 hasta 1:1 degradan aceites usados
provenientes de bases lubricantes minerales. La mezcla de
estos microorganismos no es toxica, ni patológica para
los humanos.La pseudomonas putida es un contaminante
común del suelo, el agua y las plantas.
Se encuentra con frecuencia en las cercanías de los
hospitales. Es gram negativa, de forma alargada y de
metabolismo aerobio.El geotrichium candidum es un contaminante
común de la leche y de
las aguas negras.La mezcla de microorganismos se prepara en un
liquido con una concentración de 1g/L – 10g/L de
una mezcla de pseudomonas putida y geotrichium candidum en
proporción de 5:1 hasta 1:1, el liquido debe contener
además del medio de cultivo necesario la presencia de
nitrógeno y fósforo. Éste liquido
constituye el inoculo, después de preparar la mezcla
se procede a poner el inoculo en contacto con el aceite usado
en una proporción de 1:1, la solución debe
tener un pH entre
4.5 y 7.5, la biodegradación debe realizarse en un
rango de temperaturas entre 5º C y 35º C, durante
el proceso se debe alimentar constantemente nitrógeno,
cuidando que la relación de carbono nitrógeno
no supere 100:1 ni sea inferior a 10:1. La
biodegradación requiere de aproximadamente una semana.
Si sea desean obtener productos intermedios (diferentes al
dióxido de carbono) se debe realizar la curva de
calibración pertinente. La efectividad del
método aumenta con el aumento del tiempo de
incubación, con efectividades mayores al 80% de aceite
degradado para periodos mayores de 90 días.
[20] - MEZCLA DE MICROORGANISMOS
- BIOLIXIVIACIÓN
Es un proceso en el cual se emplean microorganismos para
recuperar metales como cobre y oro desde los
minerales que los contienen. El vanadio y sus derivados se
encuentran presentes en el aceite usado debido a impurezas
provenientes del combustible o posible aceite quemado. Las
bacterias Acidithiobacillus [21] y Shewanella oneidensis [22]
tienen la capacidad de reducir anaerobiamente el vanadio,
incrementando su solubilidad. La bacteria Acidithiobacillus es
una bacteria que oxida el sulfuro el cual reacciona con el
vandanio (V) y éste se reduce a vanadio (IV). Al reducirse
el vanadio su toxicidad disminuye y su solubilidad en el aceite
aumenta, mientras que la Shewanella oneidensis reduce el vanadio
directamente. [21, 22]
Previo a la realización de una
biodegradación de aceites es necesario la
caracterización del tipo de aceite que se va a emplear,
porque los contaminantes presentes en el aceite dependen de
diversos factores y no serán iguales en todos los casos,
por lo cual puede que se requiera algún paso extra en la
biodegradación.
Los métodos de biodegradación de aceites
son poco usados de forma industrial debido a las dificultades de
trabajar en continuo con una gran diversidad de microorganismos,
esto podría solucionarse combinando los métodos
físico-químicos y los biológicos, de esta
forma es posible trabajar con una sola clase de microorganismos y
así evitar los inconvenientes de trabajar con una gran
cantidad de estos.
Los métodos de biodegradación en serie
[14] a pesar de tener rendimientos similares a los de mezcla de
microorganismos, son más recomendables debido a que en
ellos no se presenta competencia, ni
ninguna otra relación entre los
microorganismos.
Tabla 4. características de las bases
lubricantes
Para ver la tabla seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Fuente: RUIZ, Ernesto. Aceites lubricantes para motores
a gasolina. En: Curso de educación continuada
fundamentos básicos de lubricación. Bogotá
D.E. Mayo de 1991
Tabla 5. principales bases
sintéticas
Para ver la tabla seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Fuente: RUIZ, Ernesto. Aceites lubricantes para motores
a gasolina. En: Curso de educación continuada fundamentos
básicos de lubricación. Bogotá D.E. Mayo de
1991
Tabla 6. Principales aditivos protectores de la
superficie
Para ver la tabla seleccione la
opción "Descargar" del menú superior
Fuente: RUIZ, Ernesto. Aceites lubricantes para motores
a gasolina. En: Curso de educación continuada fundamentos
básicos de lubricación.
Tabla 7. aditivos para un correcto
funcionamiento
Tipo de Aditivo | Propósito | Compuestos | Funciones |
Reductor de la temperatura de fluidez | Permitir que el lubricante fluya a bajas | Polímeros fenólicos y de naftaleno | Modificar la formación de cristales de cera |
Agente para obturar y aumentar | Aumentar las obturaciones | Fosfatos orgánicos, aromáticos, | Reacción química con el |
Mejorador del índice de | Reducir la tasa del cambio de la viscosidad con la | Polímeros y copolímeros de | Los polímeros se expanden al aumentar la |
Fuente: RUIZ, Ernesto. Aceites lubricantes para motores
a gasolina. En: Curso de educación continuada fundamentos
básicos de lubricación. Bogotá D.E. Mayo de
1991
Tabla 8. aditivos protectores de las bases
lubricantes
Tipo de Aditivo | Propósito | Compuestos Típicos | Funciones |
Antiespumante | Impedir que el lubricante forme una espuma | Polímeros de siliceno, copolimeros | Reducir la tensión de la superficie para |
Antioxidante | Demorar la descomposición | Ditiofosfatos de zinc, fenoles inhibidos, aminas | Descomponer los peróxidos y terminar las |
Desactivador metálico | Reducir el efecto catalítico de los metales | Complejos orgánicos que contienen azufre o | Formar una película inactiva sobre las |
Fuente: RUIZ, Ernesto. Aceites lubricantes para motores
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Santiago Builes