Las Pruebas de ASTM Aseguran la Calidad de los Combustibles

 

por Rick Carter

Más allá del costo, la mayoría de nosotros no piensa mucho en la gasolina, el combustible diésel, el aceite para motor o el gas propano líquido que compramos. Una vez que los artículos llegan a la estación de servicio, el estante del minorista u otro canal de distribución, se supone que son seguros, efectivos y limpios, y que están listos para usar. Y casi siempre es así.

Pero no es accidental que lleguen de esa manera. Y esto tiene mucho que ver con el Comité de ASTM sobre Productos derivados del petróleo, combustibles líquidos y lubricantes (D02).

D02 es el mayor Comité técnico de ASTM, con casi 2.500 miembros. Es también uno de los más antiguos, ya que se fundó en 1904. Los miembros del D02 incluyen representantes de toda la industria del petróleo, desde la refinación hasta la fabricación de productos, así como fabricantes de equipo original, laboratorios, fabricantes de equipos de prueba, y otros.

Uno de los objetivos que comparten casi todos estos participantes es ofrecer estándares confiables que los fabricantes y distribuidores puedan utilizar para ayudar a garantizar la eficacia de los productos derivados del petróleo hasta su uso final.

Métodos de prueba

Los detalles de ese esfuerzo se encuentran en el texto de los más de 800 estándares de prueba que han creado los subcomités de D02. Los estándares cubren el octanaje del combustible, contaminación del combustible, viscosidad del aceite, especificaciones de mezclas de combustibles y de aceites, agentes causantes de la corrosión y consideraciones ambientales, entre muchos otros temas. Algunos estándares han existido desde hace muchos años, y todos están sujetos de forma rutinaria a revisión y actualización, que por lo general se basan en peticiones de campo.

"Muchas de estas solicitudes provienen de la industria, que por lo general tiene un problema que debe solucionar", dice Larry Tucker, Vicepresidente de desarrollo de negocios de Metrohm USA, un fabricante de instrumentos de prueba para análisis químicos con sede en Suiza. Miembro de cinco subcomités de D02 y vicepresidente de dos (sobre análisis elemental y análisis de combustibles y lubricantes líquidos), Tucker, con sede en Florida, atiende las necesidades de los clientes de su compañía y de la gran industria de petróleo a través de ASTM mediante la creación de varios métodos de pruebas para el combustible.

Su trabajo reciente con ASTM, por ejemplo, ha incluido métodos para probar la humedad en etanol y en mezclas combustibles de etanol. También ha ayudado a completar un nuevo e importante método de prueba para acidez de petróleo crudo y de esquisto bituminoso que actualizará el antiguo estándar de prueba D664 de ASTM. Las actividades de Tucker, como todas las del D02, son tan importantes para la confiabilidad del producto de petróleo como mayormente desconocidas para los usuarios finales que se benefician de ellas.

Prevención de la corrosión

La mejora de las pruebas del nivel de ácido del petróleo crudo y de esquisto bituminoso ayuda a prevenir la corrosión y los estragos que pueden causar en la refinería y a lo largo del proceso. "Los ácidos del petróleo crudo contienen ácido nafténico", dice Tucker, "que se destila en el proceso de refinación y causa la corrosión de las tuberías." Y a medida que se acumula la corrosión en la refinería, la confiabilidad de la planta se reduce y los costos de mantenimiento aumentan.

A fin de controlar la corrosión, se necesita una forma exacta y repetible para medir el contenido de acidez nafténica. "Es importante conocer el número de acidez resultante -bajo o alto- porque no todas las refinerías pueden procesar un crudo ácido de forma segura", dice Tucker. Además, como parte de la producción de crudo se desvía para fabricar aceite base para motores, solo pueden aceptarse niveles de ácido bajos. Después de cuatro años de trabajo, ASTM aprobó recientemente un método de prueba para evaluar el número ácido de petróleos crudos y productos derivados del petróleo mediante titulación termométrica catalítica (D8045). La prueba actualizada del nivel de ácido no solo ayuda más a los refinadores en la prueba de ácidos sino que les proporciona para ello una técnica previamente no utilizada, la titulación termométrica.

Ayudar a formular la D8045 fue uno de los muchos hitos de Tucker en lo que ha sido una larga relación con los problemas de corrosión. Uno de sus primeros proyectos de ASTM, por ejemplo, dio lugar a la aprobación por parte del comité de un método de prueba para la determinación de sulfato y cloruro inorgánico en etanol y butanol (D7319) a principios de la década del 2000, cuando el uso de estos combustibles estaba en aumento. "Esto era necesario porque el cloruro puede causar corrosión en el combustible", dice, "y una concentración muy elevada de sulfato puede obstruir las válvulas del inyector de combustible."

Tucker sigue su trabajo contra la corrosión con la investigación de un nuevo método para medir haluros orgánicos en el crudo. Los haluros se descomponen para formar ácido clorhídrico, "que corroe el proceso y carcome el catalizador [del proceso de craqueo]", dice. "Es una razón más por la que la corrosión es un problema tan grande para las refinerías."

Perfeccionamiento del aceite de motor

Otro gran problema, para los usuarios finales en este caso, es el rendimiento del aceite de motor. Estados Unidos fue uno de los primeros países del mundo que captó la importancia de las pruebas de la viscosidad de los aceites y otros temas relativos a los lubricantes, dice Gregory Miiller, miembro de cinco subcomités del D02 y Vicepresidente de operaciones del Savant Group, una firma con base en Michigan que incluye al fabricante de equipos de prueba Tannas Co. En el siglo pasado, las fallas de los motores eran con frecuencia "debidas a problemas directamente relacionados con lo que se colocaba en ellos", señala. A pesar de años de investigación sobre el tema, los fabricantes de equipo original (OEM) sabían que era necesario más trabajo, agrega Miiller, especialmente después de incidentes como los siguientes que se produjeron en Sioux Falls, Dakota del Sur.

"En el invierno de 1980 a 1981", dice Miiller, "una gran cantidad de automóviles dejó de funcionar repentinamente después de haber arrancado en una fría mañana. Se encontró que muchos motores estaban agarrotados y no podían arrancarse nuevamente." Todos eran el mismo tipo de vehículo, todos aún con garantía de fábrica,"y todos estaban usando el aceite llenado en fábrica, así que después de recibir muchas llamadas telefónicas, el OEM quería averiguar que sucedía."

El problema se centraba en lo que Miiller llama la "velocidad de enfriamiento peculiar" de la noche anterior, que se redujo desde una velocidad de enfriamiento normal a una velocidad mucho menor. "Esto indujo una estructura gelatinosa en el aceite de estos autos", dice Miiller, observando que la propensión a que esto ocurriera no podría haberse detectado mediante las pruebas de viscosidad disponibles en ese momento. "Así que estos motores, naturalmente, fallaron."

The Savant Group y los colegas de Miiller del subcomité D02 sobre Propiedades de flujo resolvieron el problema mediante el desarrollo de lo que se convirtió en la técnica de escaneo de Brookfield y, finalmente, en el método ASTM para la prueba de la dependencia viscosidad/temperatura de los aceites lubricantes (D5133). Este estándar, que se actualiza regularmente para mantenerse al día con las cambiantes tecnologías y los motores avanzados, permite a los fabricantes de aceite y EOM a los fabricantes de equipo original probar con mayor exactitud la viscosidad del aceite de motor en una amplia gama de temperaturas, y se ha incluido en especificaciones de todo el mundo.

La viscosidad del aceite también se estudia por su efecto sobre la economía de combustible, en especial con respecto a los recientes esfuerzos de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos que alientan a los fabricantes de equipo original a diseñar motores de tolerancias estrechas que puedan funcionar correctamente con aceites de baja viscosidad. "Para lograr esto, era necesario que las pruebas aborden dos cosas", dice Miiller. "Una, que un aceite de menor viscosidad pueda contribuir a una mayor economía de combustible, y dos, que un aceite de menor viscosidad pueda soportar las duras condiciones del motor y aún así protegerlo durante la operación."

Una preocupación particular fue la pérdida temporal de cizallamiento, que ocurre cuando un proceso mecánico provoca que las moléculas se deformen y alarguen. Esto resulta en la degradación repentina, y normalmente temporal, de la viscosidad de un aceite. Donde las tolerancias son estrechas, como en el cojinete de un motor, la velocidad de cizallamiento aumenta, lo que reduce la capacidad de lubricación del aceite. "Y si los niveles de viscosidad caen lo suficiente, puede tener problemas con su motor", dice Miiller. Por eso The Savant Group se puso en contacto con ASTM, y, con otros participantes en el Comité D02, crearon la prueba de simulador de cojinete cónico (D4683), que simula el cojinete en un motor. "La industria la adoptó", dice Miiller, "y desde entonces la ha usado para seguir determinando las pruebas de viscosidades de aceite en descenso", en previsión de regulaciones que exijan una eficiencia de combustible cada vez mayor.

El misterio del microbio

Al igual que las bacterias que causan enfermedades en los seres humanos, los microbios son virtualmente omnipresentes en todos los productos petroquímicos. Pero se sabe menos sobre estos, a menudo problemáticos, microbios del petróleo que de sus homólogos que se alojan en los seres humanos. "Aún estamos en una fase en la que no sabemos lo que no sabemos", dice Fred Passman, miembro de cinco subcomités de D02 y fundador de BCA, Inc., una compañía con sede en New Jersey que ofrece servicios de consultoría de control de contaminación microbiana. "Sabemos que una variedad de bacterias y hongos puede infectar los sistemas de combustible. Producen ácidos que hacen más corrosivos los combustibles, y producen moléculas detergentes que llamamos biosurfactantes, que ayudan a llevar agua al combustible. Y como atacan directamente a diferentes moléculas del combustible", dice, "pueden degradar las características de desempeño del combustible, por lo que pueden contribuir a muchos tipos diferentes de daños a productos de combustible e infraestructura."

Passman reconoce que la investigación sobre el tema está "limitada por nuestros métodos, porque la información de cada generación está parcializada en gran medida por la tecnología disponible para realizar la investigación." A pesar de los miles de trabajos escritos sobre microbiología de combustibles, dice: "recién hemos entrado en una era en la que contamos con nuevos métodos y la posibilidad de desarrollar lo que llamamos un enfoque genético para estudiar la contaminación microbiana en los sistemas de combustible."

Aunque los microbios solo prosperan en agua, no en moléculas de combustible, es posible la contaminación por agua/microbiana a través de la mayor parte de la infraestructura de productos derivados del petróleo, desde los campos petroleros hasta los tanques de almacenamiento. El agua se acumula en el combustible y en otros productos del petróleo inmediatamente después del proceso de craqueo sobrecalentado en la refinería. "Y para el momento en que llega a los tanques de la refinería, ya se puede ver una significativa contaminación microbiana", dice Passman. Esto tiene mucho que ver con el hecho de que el producto se entregue normalmente caliente, y a medida que se enfría hace que el agua se condense en el tanque. "Y porque todos los tanques tienen que respirar", indica, "se introduce la humedad atmosférica a medida que se extrae el producto."

Este ciclo presenta un desafío especial para quienes entregan y almacenan combustibles 'con encendido por chispa', como la gasolina y otros. Aunque hay disponibles pruebas ASTM para la presencia de contaminación microbiana en los combustibles [incluida una prueba para determinar el contenido microbiano aeróbico viable de combustibles y agua (D7978)], no se usan con la suficiente frecuencia, dice Passman. "Las personas parecen creer que si no miran, no puede estar allí", dice. "Así que se enteran de que tienen un problema cuando sus tanques empiezan a tener fugas." Las señales previas a las fugas, como un filtro de bomba de dispensador obstruido en una estación de despacho de gasolina, con frecuencia pasan inadvertidas, agrega, aunque las obstrucciones disminuyen notablemente el caudal del combustible bombeado. Para corregir dichas situaciones, el combustible puede "refinarse" mediante una filtración adicional, dice Passman, y tratarse con biocidas, preferiblemente de acuerdo con datos de pruebas confiables para determinar si es necesario hacerlo.

El trabajo sigue al futuro

Los miembros del Comité D02 tienen gran fe en la capacidad del grupo para afrontar con éxito las amplias y cambiantes necesidades de la comunidad de productos de petróleo. "ASTM es un excelente foro de discusión entre los expertos acerca de cómo mantener y mejorar el texto de los métodos de prueba", dice Ian Mylrea, miembro de 15 subcomités D02 y Gerente de Investigación y Desarrollo de Stanhope-Seta, un fabricante de equipos de prueba de precisión con base en el Reino Unido. En lo alto de su lista de futuros desafíos del D02 están los relacionados con la contaminación y la compatibilidad.

"Como la refinación está ubicada lejos de donde el combustible se vende y usa realmente, y como cada vez se utiliza más combustible, la cantidad que se envía a través de mayores distancias aumenta", dice Mylrea. "Así que cuanto más tiempo esté a bordo de un buque o en un tanque o en una red de distribución, habrá más oportunidades para que cambie y se desvíe de su especificación o que se contamine." También prevé que los objetivos ambientales introducirán niveles cada vez más altos de material de fuentes renovables para mezclas de combustibles, "lo cual, como muestra la experiencia, puede causar problemas inesperados, dice. "Y estas tendencias afectan a la estandarización de forma que el alcance de algunos métodos, lo que son capaces de medir, puede no ser apropiado ya, por lo que es necesario desarrollar nuevos métodos o renovar los antiguos y dotarlos de nueva precisión.

Sin embargo, es probable que la mayoría de los usuarios finales seguirá siendo felizmente inconsciente de estos esfuerzos dedicados detrás de bambalinas, una condición que no parece inmutar a los miembros del D02. iertamente no ganaremos un premio Nobel por este trabajo, dice Tucker, "ni siquiera una mención. Pero, agrega, sabemos que es muy necesario ayudar a hacer las cosas mejor para la siguiente generación."

ASTM anuncia el Programa de Certificado de técnico de laboratorio de petróleo

ASTM International se está preparando para ofrecer un Certificado de técnico de laboratorio de petróleo. En base a una serie de módulos de capacitación en línea autoguiados, específicos de cada área, complementará los módulos de capacitación de técnico de laboratorio de petróleo existentes de ASTM, al proporcionar una prueba de terceros de los conocimientos de un técnico sobre un método de prueba de ASTM.
Los módulos del programa del certificado contarán con un resumen de conceptos fundamentales, un tutorial sobre el procedimiento, un video de demostración del procedimiento, y una prueba al final. El certificado mejorará el desarrollo de personal y el aseguramiento de la calidad interno de una organización, y proporcionará seguridad en las transacciones comerciales.

ASTM espera comenzar la emisión oficial de certificados a principios de 2017 a quienes completen exitosamente los módulos. Un certificado será válido hasta que se actualice el estándar correspondiente.

Para obtener más información, póngase en contacto con John Gallagher (tel. +1.610.832.9646).

ALERTA
El Programa de pruebas de competencia ayuda al cumplimiento de EPA "Nivel 3"

Es posible que haya escuchado que la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha emitido nuevos requisitos de "Nivel 3" dirigidos a reducir el contenido de azufre en los gases de escape. Esto significa que cada elemento del equipo de laboratorio usado para las pruebas de gasolina deberá probarse por lo menos tres veces al año.

La buena noticia es que ASTM International ha modificado su Programa de pruebas de competencia para ayudarle a mantenerse en cumplimiento, a partir de los ciclos de renovación del 1 de febrero del 2017. Llámenos hoy para ver cómo podemos ayudarle: Amy Meacock, ASTM International (tel. +1.610.832.9688).

Rick Carter es un profesional editorial de larga trayectoria que escribe desde su casa, cerca de Philadelphia.