Hernán Arcos Peralta, asesor técnico en GLC Lubricantes.
Los aceites lubricantes son esas versátiles sustancias encargadas del eficiente funcionamiento de maquinaria y equipos industriales, siendo piezas clave en la reducción de fricción y desgaste de superficies móviles; asegurando así el rendimiento y protección de los elementos mecánicos. Desde maquinaria pesada hasta vehículos y herramientas de precisión, los aceites lubricantes juegan un papel vital en el mantenimiento y la prolongación de la vida útil de los equipos.
Entre las funciones de estos se encuentra el lubricar partes móviles en movimiento, limpiar los componentes del equipo y trasladar la contaminación, refrigerar o trasladar el calor de la máquina, sellar espacios entre superficies, impedir la corrosión y oxidación, disminuir ruidos y vibraciones, transmitir potencia de la maquinaria e incluso aislar eléctricamente las cargas.
¿Qué son?
Este tipo de lubricante es una mezcla científicamente calculada de aceites bases y un paquete de aditivos químicamente balanceados. Estos aceites básicos pueden ser minerales o sintéticos. Ahora bien, ¿Qué es lo que todo esto quiere decir?
Empecemos en orden. Los aceites base son el componente fundamental de un lubricante, de la calidad de estos compuestos dependerá las propiedades y vida útil del lubricante terminado. Así mismo, el contenido de aceite básico en la mezcla es muy elevado, entre el 80% y 90% del total de un lubricante terminado. Los aceites básicos se seleccionan y clasifican por sus propiedades y características, que a su vez están ligadas a su proceso de fabricación.
¿Minerales? ¿Sintéticos?
Ahora bien, el que un aceite sea sintético o mineral, como ya mencionamos; tiene relación con su proceso de fabricación o forma en la que se obtienen. En el caso del aceite mineral esto es a partir de la destilación y el refinamiento del propio petróleo. Por el contrario, el aceite sintético se obtiene por síntesis química. Dicho de otra manera, se obtiene en un laboratorio mediante complejos procesos químicos con el objetivo de modificar las estructuras moleculares de la materia prima para adaptarla a las necesidades que se requieran en cada tipo de aceite.
Así pues, el American Petroleum Institute (API) clasifica en cinco grupos de acuerdo a su pureza y características. El grupo de los lubricantes depende del grado de refinación o de su base, y este proceso es el que define la calidad y características propias de un aceite. Estos son grupo I, II, III, IV y V; los primeros tres grupos de aceites se obtienen a partir de la destilación y el refinamiento del petróleo, por lo que también se les conoce como aceites minerales; mientras que el grupo IV se diseña a base de polialfaolefinas (PAO) por especialistas. El grupo V consiste de los demás básicos que no entran en las clasificaciones anteriores, y junto con el grupo IV son también conocidos como aceites sintéticos.
Grupo I.
Los básicos del grupo I son las bases lubricantes más antiguas, creadas por una tecnología de refinación por solventes utilizada para eliminar las estructuras químicas más débiles, o que pudieran tener un mal desempeño, del petróleo crudo. La refinación por solventes fue la tecnología principal utilizada en las refinerías construidas entre 1940 y 1980.
Los aceites base del grupo I tienen menos del 90% de los hidrocarburos saturados, más de 0.03% de azufre y un índice de viscosidad en el rango de 80 a 120. El rango de temperatura para estos aceites está entre 0°C y 65°C. Los aceites base del grupo I son fabricados por proceso más simple de refinación, siendo ésta es la razón por la cual son los más económicos en el mercado.
Grupo II.
Los aceites base del grupo II se crean mediante un proceso de hidro-procesado que sustituye el proceso tradicional de refinación por solventes. Se usa gas hidrógeno para eliminar los componentes indeseables del petróleo crudo dando como resultado una base lubricante transparente e incolora, con muy pocas estructuras de azufre, nitrógeno o anillos.
Los aceites base del grupo II tienen más del 90% de los hidrocarburos saturados, menos de 0.03% de azufre y un índice de viscosidad entre 80 y 120. Son fabricados empleando un proceso de hidro-fraccionado, que es más complejo que el empleado para fabricar aceites base grupo I. Como todas las moléculas del hidrocarburo de estos aceites están completamente saturadas, los aceites del grupo II tienen mejores propiedades contra la oxidación. También tienen un color más claro y son muy cercanos en precio a los aceites base del grupo I.
Grupo III.
Las bases lubricantes del grupo III se crean también mediante el uso de un proceso que involucra gas hidrógeno para limpiar el petróleo crudo, pero más severo ya que opera a temperaturas y presiones más altas (hidrocrackeado) que las usadas para los aceites base del grupo II, permitiendo obtener un aceite más puro. La base lubricante resultante es transparente e incolora, pero también tiene un alto índice de viscosidad, mayor a 120. Además, es más resistente a la oxidación que los aceites del grupo I y II.
El costo de las bases lubricantes del grupo III es más alto que el de los grupos I y II. Los aceites base del grupo III son considerados aceites minerales por muchos especialistas porque se derivan directamente de la refinación del petróleo crudo. Sin embargo, es común que se les consideren como bases lubricantes sintéticas con fines de comercialización debido a la creencia de que el proceso de hidrogenación más severo ha creado nuevas estructuras químicas que no estaban presentes antes del proceso, “sintetizando” estas nuevas estructuras de hidrocarburos.
Grupo IV.
Las bases lubricantes del Grupo IV son aceites base sintéticos de polialfaolefina (PAO) que han existido por más de 50 años. Son productos químicos puros creados en una planta química en lugar de ser creados por destilación y refinación de petróleo crudo. Los PAO entran en la categoría de los hidrocarburos sintéticos, mismos que tienen muy altos índices de viscosidad, lo que les permite operar en temperaturas extremas de frío o calor, y se pueden formular para cualquier viscosidad. Así mismo, son significativamente más caros que los aceites base del grupo III debido al alto grado de procesamiento necesario para fabricarlos.
Grupo V.
Los aceites base del grupo V comprenden todos los aceites base no incluidos en los grupos I, II, III o IV. Por lo tanto, los aceites base nafténicos, varios ésteres sintéticos, polialquilenglicoles (PAG), ésteres fosfatados, silicones, bio-lubricantes y otros pertenecen a este grupo. Estos aceites base en ocasiones se mezclan con otros básicos para mejorar algunas propiedades del aceite terminado.
Los ésteres son aceites base del grupo V que se emplean en diferentes formulaciones para mejorar las propiedades de otros aceites base. Los aceites a base de éster pueden trabajar mejor a elevadas temperaturas y proporcionan mejor detergencia comparados con los sintéticos PAO, los cuales, por ser más resistentes a la oxidación, incrementan las horas de operación del lubricante.
¿Y el otro 10% a 20%?
Por otro lado, los aditivos son sustancias químicas agregadas al aceite base para mejorar propiedades deseadas, como viscosidades, puntos de inflamación, de fluidez, resistencia a la oxidación; o suprimir propiedades indeseadas como los aromas, componentes orgánicos, barnices o ceras. Este paquete de aditivos dependerá del uso al cual estará destinado el lubricante y de esta manera se consigue que el aceite cumpla a la perfección con su función. La mezcla de aditivos debe de estar bien balanceada, ya que una sobre-aditivación provocaría que se termine quemando el aditivo excedente, contaminando más; y por el otro lado, una menor aditivación provocaría que el aceite se quedara pobre en protección. Existen pues, muchos tipos de aditivos que se utilizan acorde a las necesidades de aplicación, siendo estos:
¿Qué son esas propiedades o características que se buscan con la aditivación?
Para que un aceite pueda cumplir de la mejor manera con sus funciones, este debe de cumplir con ciertas características fundamentales acorde a su aplicación. La forma más común de parametrizar estas características son las normas emitidas por la American Society for Testing Materials (ASTM), quien es un organismo de normalización norteamericano aceptado internacionalmente. Así pues, las características más importantes son las siguientes:
-Viscosidad: El aspecto más importante a la hora de elegir correctamente un lubricante es su viscosidad, que es la resistencia interna a fluir; y en particular su viscosidad cinemática. Esta se mide en centistokes [cSt], a una determinada temperatura que suelen ser 40 y 100° C. Esta propiedad indica como de pesada es la base lubricante. Las bases más ligeras tienen una viscosidad en torno a 2 cSt a 100 °C, mientras que las más pesadas están en torno a 45 cSt a 100°C. Las bases se suelen nombrar por su viscosidad, por ejemplo, una de grado ISO 32 (International Standards Organization) significa un aceite con una viscosidad 32 cSt a 40°C, mientras que un ISO 15 tiene una viscosidad de 15 cSt a la misma temperatura.
La viscosidad es esencial para asegurar una correcta lubricación hidrodinámica. Por ejemplo en el caso de cojinetes planos, que funcionan a altas velocidades y moderadas cargas, y en los sistemas hidráulicos de baja presión se requieren aceites minerales de baja viscosidad. Una máquina de coser también requiere un aceite de baja viscosidad. Cuando se trabaja con cargas mayores y velocidades más bajas, como en equipo de orugas para trabajo pesado o sistemas de alta presión, se necesitan aceites con una mayor viscosidad.
-Índice de Viscosidad (IV): Este índice indica la capacidad de un lubricante de mantener constante su viscosidad en un amplio rango de temperaturas. Se determina a partir de los valores de viscosidad a 40 y 100 °C (es una medida arbitraria de la forma en que la viscosidad varía con la temperatura y se determina por comparación con un patrón). Un IV alto indica que el cambio de viscosidad con la temperatura es pequeño, mientras que un IV bajo indica que el aceite cambia mucho su viscosidad con la variación de temperatura. Normalmente se desea que el IV sea lo más alto posible, ya que eso significa que la lubricación de las superficies es relativamente similar a todas las temperaturas, ofreciendo un amplio rango de aplicaciones. Los valores de esta propiedad suelen ser mayores de 90, estando su valor habitual entre 95 y 105 para las bases convencionales.
-Punto de inflamación: Es la temperatura a partir de la cual una sustancia arde si se le aplica una llama al menos durante 5 segundos. Este valor limita la temperatura a la que el aceite debe estar expuesto. Cuanto más pesado es el aceite mayor es su temperatura de inflamación. Para los más ligeros la temperatura de inflamación está en torno a 105°C.
-Punto de fluidez: Es la temperatura a la cual el producto deja de fluir por gravedad e indica la temperatura mínima de uso. Las bases convencionales tienen un punto de fluidez en torno a -9 °C, mientras que en las sintéticas es considerablemente inferior (-20 a -60 °C).
-Volatilidad: Es el porcentaje de producto que, bajo determinadas condiciones de temperatura, se evapora. Este ensayo es particularmente importante para bases que deben trabajar a elevada temperatura, como los aceites del motor. Una volatilidad demasiado alta implica una alta evaporación y con ello una variación de las propiedades físicas a lo largo de la vida del aceite, lo que es indeseable.
Y… ¿Qué hacen entonces los aditivos?
¿Cómo se seleccionan?
Así pues, se definen las características necesarias para cada aplicación que se le dará al aceite, ya que cada una de estas tiene requerimientos distintos que dependen de las condiciones del proceso, del medio y del uso, como lo puede ser la temperatura de operación, las presiones a las que estará expuesto el aceite, las velocidades de trabajo, si el medio es altamente corrosivo, etc. Con esta información se selecciona un paquete de aditivos acorde que le permita un óptimo desempeño al aceite en su aplicación específica, asegurando así el buen funcionamiento del proceso y cumpliendo a la perfección el papel del lubricante, refrigerando, limpiando, sellando y sobre todo protegiendo al equipo o maquinaria.
Los aceites lubricantes representan una pieza fundamental en el engranaje de la industria y la maquinaria moderna. Su capacidad para reducir la fricción y proteger los componentes mecánicos ha demostrado ser crucial para mejorar la eficiencia operativa y prolongar la vida útil de los equipos. Con una amplia gama de tipos y formulaciones disponibles, es vital seleccionar el lubricante adecuado que se ajuste a las demandas específicas de cada aplicación y entorno de trabajo.
La elección y el mantenimiento adecuado de los aceites lubricantes son esenciales para maximizar el rendimiento, la confiabilidad y la longevidad de los equipos y maquinaria. Al mantenerse actualizado sobre los avances tecnológicos y las mejores prácticas en el campo de la lubricación, las industrias pueden optimizar sus operaciones y reducir los costos de mantenimiento a largo plazo. Por lo tanto, es importante reconocer el valor de estos fundamentales pero poderosos líquidos, que son los aliados indispensables en el impulso del progreso industrial y tecnológico en el mundo moderno.
Referencias:
Grupos API: aceite básico. (s. f.). Widman International SRL. https://www.widman.biz/Seleccion/basicos.html
Noria Latín América. (2014, 11 septiembre). Comprendiendo las diferencias entre los grupos de aceites base. https://noria.mx/lublearn/comprendiendo-las-diferencias-entre-los-grupos-de-aceites-base/
Noria Latín América. (2020a, enero 10). Explicación de los grupos de bases lubricantes - Noria Latín América. https://noria.mx/lublearn/http-noria-mx-lublearn-explicacion-de-los-grupos-de-bases-lubricantes/
Qu mica org nica industrial. (s. f.). https://www.eii.uva.es/organica/qoi/tema-13.php