Comportamiento viscoso de lubricantes a altas presiones

Résumé

Esta Tesis Doctoral se centra en el estudio del comportamiento viscoso a alta presión de diferentes lubricantes de tipo mineral, vegetal y sintético. Cinco líquidos analizados a lo largo de este trabajo pueden ser usados como materiales de referencia para la calibración de viscosímetros a presión: di (2-etilhexil) sebacato, di (2-etilhexil) ftalato, diisodecilftalato, escualano y dipentaeritritol hexaisononanoato. Además se estudian cinco bases sintéticas para sistemas de refrigeración con dióxido de carbono (dos polipropilenglicol dimetiléteres, un polipropilenglicol metileter, dipentaeritritol hexapentanoato y dipentaeritritol hexaheptanoato). Por otro lado, se caracterizan dos aceites hidráulicos comerciales de base mineral con diferente grado de viscosidad y dos aceites de base vegetal desarrollados para sustituir a los minerales. También se estudian dos aceites comerciales para engranajes de base mineral con diferente grado de viscosidad y cuatro lubricantes desarrollados para estas aplicaciones, tres de base vegetal mezclados con éster y uno de tipo sintético que es una mezcla de dos ésteres. Para llevar a cabo las medidas de viscosidad se emplearon dos equipos. Un viscosímetro de bola rodante que fue modificado y adaptado para realizar medidas en el intervalo de temperaturas entre 303 y 398 K, y hasta una presión máxima de 60 MPa. El método de calibración utilizado permite determinar la constante del aparato a partir únicamente de datos de viscosidad a presión atmosférica. La incertidumbre estimada de las medidas realizadas con este procedimiento es 4%. La segunda técnica utilizada es un viscosímetro de caída de cuerpo, que fue diseñado en nuestro laboratorio en colaboración con el Groupe de Propriétés de Transport del Laboratoire des Fluides Complexes et leurs Réservoirs de l¿Université de Pau et des Pays de L¿Adour. Este equipo que permite en la actualidad realizar medidas hasta 280 MPa y entre 293 y 363 K, debe ser calibrado a diferentes temperaturas y presiones. La incertidumbre de las medidas es del 5% para fluidos con grados de viscosidad entre 15 y 68, y del 8% para aceites con viscosidades (a 313 K y 0.1 MPa) comprendidas entre 200 y 400 mPa¿s. Los valores de viscosidad obtenidos, han sido correlacionados con varias ecuaciones empíricas que permiten representar la viscosidad en función de la temperatura y de la presión. Esto nos da acceso al cálculo de importantes coeficientes en el ámbito de la lubricación elastohidrodinámica: el coeficiente viscosidad-presión y el coeficiente viscosidad-temperatura, que cuantifican numéricamente la variación de la viscosidad en función de la presión y de la temperatura respectivamente. Esta información es necesaria para calcular correctamente el espesor de la capa de lubricante en contactos tribológicos trabajando en el régimen de lubricación elastohidrodinámica. Por otra parte, se determinó el índice de viscosidad, de uso muy extendido en la industria y que evalúa la variación de la viscosidad con la temperatura a presión atmosférica. Por último, también se empleó el escalado termodinámico para correlacionar los datos experimentales y obtener así el parámetro de escalado, que da una idea de la magnitud de las fuerzas inter e intramoleculares.