Jim Fitch, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.

Se ha hablado mucho en los últimos años sobre la mayor propensión de algunas formulaciones de aceite modernas a producir lodos y barnices. Irónicamente, muchos de los aceites acusados ​​de contribuir al barniz son los mismos aceites dotados de una estabilidad a la oxidación excepcionalmente alta debido a la tecnología avanzada de refinación y la ciencia de la formulación. Para comprender mejor esta paradoja, comencemos por definir un nuevo término.

Los lubricantes tienen una capacidad intrínseca de retención de impurezas (IHC, por sus siglas en inglés) relacionada con su capacidad para retener impurezas muy pequeñas (submicrónicas) en solución. Estas impurezas son en gran medida productos de degradación del aceite, pero también incluyen otros tipos de suspensiones.

Esta capacidad de retención es como un silo o taza imaginaria dentro del aceite. Si la taza está medio vacía, tiene capacidad de reserva o no utilizada. Sin embargo, pueden ocurrir condiciones que podrían causar un sobrellenado, dando lugar a suspensiones insolubles en el aceite y barniz (a veces llamado “punto de vertido”).

Por ejemplo, si una taza de agua medio llena de 200 ml se redujera repentinamente a una taza de 100 ml de tamaño, entonces 100 ml de agua se derramarían sobre la mesa. O, si vierte 400 ml de agua en una taza de 200 ml, se derramarían 200 ml sobre la mesa.

El desbordamiento en los ejemplos de estas tazas de agua es análogo a lo que ocurre en los aceites lubricantes cuando las impurezas están sobresaturadas y la IHC se rompe (las bajas temperaturas pueden causar esto). En otras palabras, nuestra taza “se desborda”.

Como en el ejemplo, esto ocurre debido a una IHC baja, una concentración de impurezas excesivamente alta o ambas. De cualquier manera, lo que queda en la taza son impurezas “solubles” (insolubles de óxido o carbono) y lo que se desborda se convierte en nuestras impurezas “insolubles”, a veces denominadas potencial de barniz.

Ahora, imagine un balancín o “sube y baja” como el que se muestra en la Figura 1. Por un lado está la estabilidad a la oxidación y por el otro lado está la IHC. Cuando aumenta la estabilidad a la oxidación de un aceite, a menudo disminuye su IHC.

Por el contrario, si introduce componentes polares en el aceite para aumentar su IHC, corre el riesgo de perjudicar su estabilidad a la oxidación o, tal vez, su capacidad demulsificante y de manejo del aire. Por tanto, se puede decir que la IHC es inversamente proporcional a la estabilidad a la oxidación, aunque hay algunas excepciones.


Figura 1. Balance entre la IHC y la estabilidad a la oxidación

Desafortunadamente, hay más malas noticias. La IHC muestra una correlación positiva con el riesgo de descarga electrostática (ESD, por sus siglas en inglés). Esta es otra causa raíz común del barniz, lo que resulta en descargas periódicas dentro del aceite.

Muchas formulaciones modernas de aceite para turbinas no solo tienen una IHC baja, sino también propiedades relacionadas (sequedad, limpieza y pureza) que contribuyen directamente a la descarga electrostática. Entonces, si bien la alta calidad de estos aceites se traduce en una mejor estabilidad a la oxidación, en sentido figurado son castigados por tener una IHC baja y ser más propensos a problemas de descargas electrostáticas.

Impurezas totales y estados de coexistencia

Como se mencionó, las impurezas totales de un aceite incluyen las que están en solución y las que no lo están, incluidas las impurezas en transición entre estos dos estados. Otra buena analogía son los estados de coexistencia del agua en el aceite. El agua disuelta corresponde a las impurezas solubles y el agua emulsionada corresponde a las impurezas insolubles.

Las impurezas disueltas son cualquier cosa en el aceite que consume espacio fraccional dentro del silo imaginario de la IHC. Estos incluirían principalmente productos de degradación de la oxidación del aceite, microdieseling y descarga electrostática, pero también pueden incluir algunos aditivos. Si bien los aditivos normalmente no se consideran impurezas, alteran el estado del aceite al ser un hidrocarburo saturado puro.

La humedad relativa (HR) se relaciona con la humedad del aire (el 100 por ciento de HR corresponde al punto de saturación). Pero en el mismo sentido, el aceite tiene una humedad relativa (el 100 por ciento de HR corresponde al punto de saturación del agua disuelta en el aceite).

Llevando esto más allá, también podemos referirnos a la IHC relativa de un aceite (R-IHC) porque la capacidad real de impurezas varía con la temperatura, así como la capacidad de retención de humedad del agua en el aire también varía con la temperatura (cuanto mayor es la temperatura, mayor es la capacidad de retención de humedad).

De hecho, la IHC debería correlacionarse bien con la capacidad de retención de humedad soluble para el aceite debido al hecho de que ambos están influenciados en gran medida por la temperatura y la densidad de los componentes polares en el aceite base. El punto de anilina, la tensión interfacial, la constante dieléctrica y el porcentaje de polares son propiedades similares, pero no idénticas.

¿Se puede medir realmente la IHC de un lubricante o aceite base?

La IHC se cuantifica mejor gravimétricamente en partes por millón (ppm), miligramos por kilogramo (mg/kg) o miligramos por litro (mg/l) utilizando un material de referencia adecuado que sirva como impureza sustituta.

Una cantidad de aditivos comunes susceptibles a “agotarse” podría funcionar bien como material de referencia. Quizás se deberían reportar dos materiales con una solubilidad diferente para caracterizar mejor el rango de la IHC. Durante la medición, el material de referencia (titulante) se agregaría en incrementos gravimétricos (titulado) a una muestra anhidra del aceite de prueba hasta que se alcance un punto terminal de floculación.

Al igual que la viscosidad, la IHC tendría que reportarse a una temperatura de prueba estandarizada, digamos 20 grados y 40 grados Celsius. Quizás se podría desarrollar un índice IHC (similar al índice de viscosidad) que represente el cambio relativo en IHC con respecto al cambio de temperatura. También se podría evaluar la temperatura del “punto de rocío” de impurezas de un aceite, que definiría la capacidad de retención de impurezas de reserva.

Propongo que se utilice el término “punto de floculación de impurezas”; sin embargo, debe tenerse en cuenta que este tipo de medida se verá desafiado por el hecho de que algunos aceites también tendrían puntos de rocío y nebulización en el mismo rango de temperatura. Debido a que los tres causan turbidez óptica, sería difícil diferenciarlos.

Los valores de IHC para lubricantes aditivados nuevos o en servicio tendrían que reportarse como capacidad fraccionaria porque parte de la IHC para aceites puros está ocupada por el propio sistema de aditivos. Además, muchos aditivos, como los dispersantes, en realidad pueden aumentar la IHC, mientras que otros pueden consumirla.

Cuando los aditivos disminuyen por agotamiento normal (algunos aditivos), se puede restaurar una porción de la IHC del aceite base original. Tanto la tasa de tratamiento de aditivos (dosis) como los tipos de aditivos influyen en la IHC residual después de que se mezclan en un aceite terminado. La Tabla 1 muestra algunos ejemplos de cómo las propiedades del aceite base influyen en la IHC.

                                                          Tabla 1. Propiedades que afectan la IHC

A pesar de que actualmente no existe un protocolo de prueba estandarizado para proporcionar una medida cuantificable de IHC, todavía se puede referir a él en términos relativos. Que yo sepa, tampoco existe un método de prueba estandarizado para cuantificar la fracción soluble de agua en aceite.

Sin embargo, el concepto de punto de rocío, punto de saturación o humedad relativa de un aceite es muy claro para quienes realizan análisis de aceite y formulan lubricantes. Lo mismo se aplica a la IHC relativa de un aceite (en lugar de la humedad relativa), la IHC (en lugar del punto de saturación) y el punto de floculación de impurezas (en lugar del punto de rocío).

Por qué es importante la IHC

A simple vista la IHC puede parecer un poco abstracta para ser de valor práctico para los profesionales del análisis y mantenimiento del lubricante. Sin embargo, con los problemas de lodos y barnices cada vez más generalizados y pronunciados, y las consecuencias más agudas, en muchos casos existe la necesidad de que los aceites posean una capacidad de retención de impurezas de reserva. Esto sirve como una red de seguridad contra impurezas en caso de variaciones de temperatura (o zonas) frías o la acumulación de productos de degradación del aceite.

Es posible que los lubricantes que enfrentan descargas electrostáticas o problemas de microdieseling necesiten ser analizados periódicamente para detectar su IHC de reserva. Después de todo, podemos referirnos correctamente a las impurezas “solubles” como barniz incipiente y a las impurezas “insolubles” como barniz inminente. Es probable que los lubricantes con IHC cargados a toda su capacidad estén arrojando lodos y produciendo barniz, y sean los principales candidatos para el reacondicionamiento de aceite y, posiblemente, a la reconstrucción de aditivos.