Fundamentos de aceites sintéticos - Noria Latín América

¿Qué es el aceite sintético?

El aceite sintético es un lubricante elaborado de compuestos químicos artificiales; algunos de estos compuestos se fabrican descomponiendo y luego reconstruyendo las moléculas del petróleo. Bajo un microscopio, una gota de aceite sintético muestra millones de moléculas, casi todas del mismo tamaño y estructura. Por el contrario, el aceite mineral se elabora con petróleo crudo refinado. Una gota de aceite mineral bajo un microscopio muestra millones de moléculas, todas con diferentes formas, tamaños y estructuras. El aceite sintético puede ser totalmente sintético o semisintético y proceder de múltiples tipos de bases.

Aceites totalmente sintéticos

Usan un material de base sintética, están diseñados de forma única, molécula por molécula, sin usar petróleo e incluyen aditivos destinados a ayudar a proteger contra la degradación del aceite.

Aceite semisintético

Es una mezcla de base lubricante mineral y base lubricante sintética. Agregar la base sintética al aceite mineral le brinda un poco más de protección que simplemente usar el aceite mineral por sí solo.

Orígenes del aceite sintético

En la década de 1930, el Dr. Hermann Zorn de Alemania estaba buscando un lubricante con las propiedades de los aceites naturales derivados del petróleo, pero sin las características indeseables de estos (altos puntos de fluidez, tendencia a la formación de gomas y geles en los motores de combustión interna, baja resistencia a la oxidación a alta temperatura, etc.). En ese entonces, Alemania también tenía la necesidad de un producto que no fuese obtenido de la refinación del petróleo, debido a que su acceso a las fuentes de crudo estaba seriamente comprometido. A mediados de los años 40, los frutos del trabajo del Dr. Zorn incluían más de 3,500 mezclas de diferentes compuestos a base de ésteres, incluyendo diésteres y poliol ésteres.

La primera gran prueba para estos lubricantes vino durante la segunda guerra mundial cuando los ejércitos de Alemania y USA comenzaron a utilizar lubricantes elaborados con bases sintéticas en los motores de sus aeronaves. Se dieron cuenta de que los sintéticos hacían que los motores encendieran más fácilmente en climas fríos (debido a su baja viscosidad y alto índice de viscosidad en esas condiciones de temperatura) y que había una importante disminución en la formación de depósitos de carbón en los radiadores en comparación con los lubricantes convencionales (derivados del petróleo)

Tipos y terminología

Hay dos categorías de bases lubricantes sintéticas incluidas en la clasificación del Instituto Americano del Petróleo (API). El primero es el Grupo IV. La única base lubricante sintética incluida en este grupo son las polialfaolefinas o PAO. Se elaboran a partir de la polimerización de una molécula de alfa-olefina, como el etileno. En una molécula de alfa- olefina, hay un doble enlace carbón-carbón con hidrógeno en las ramificaciones.

La segunda categoría API es el Grupo V. Aquí se incluyen todas las bases lubricantes sintéticas a excepción de las PAO. Ejemplos de estas bases son diésteres, poliol ésteres, alquilbencenos, ésteres fosfatados, etc. En términos generales, si es un sintético y no es PAO, pertenece al Grupo V.

Recientemente ha surgido alguna confusión con respecto al uso de la palabra “sintético”. Varias compañías petroquímicas han desarrollado procesos que implican la conversión catalítica de bases lubricantes derivadas del petróleo, bajo condiciones de alta presión y temperatura en presencia de hidrógeno, a bases lubricantes minerales de altísima calidad.

Estas bases, conocidas como API Grupo III, son tan altamente refinadas que sus propiedades casi coinciden con las propiedades de las bases sintéticas del Grupo IV. De hecho, son tan parecidas que un tribunal de Estados Unidos falló a favor de un fabricante de este tipo de bases sintéticas Grupo III, cuando se presentó una demanda por falsa publicidad. A pesar de que estas bases lubricantes Grupo III son derivadas del petróleo, ellas pueden legalmente, desde el punto de vista de mercadeo, denominarse “sintéticas”.

Para no extendernos demasiado, no analizaremos todos los sintéticos, sino los más comunes: PAO (polialfaolefina), PAG (polialquilén glicol), diéster y poliol éster.

Polialfaolefinas (PAO)

Las PAOs, a menudo llamadas hidrocarburos sintéticos, son probablemente el tipo de básicos sintéticos más comunes. Su precio es moderado, brindan excelente desempeño y tienen muy pocos atributos negativos.

Las PAOs son realmente similares al aceite mineral. La ventaja proviene del hecho de que estos básicos han sido construidos y no extraídos ni modificados, haciéndolos más puros. Prácticamente todas las moléculas del aceite tienen la misma forma y tamaño, y están completamente saturadas.

Los beneficios potenciales de las PAOs son una mejor estabilidad térmica y oxidativa, excelente demulsibilidad y estabilidad hidrolítica, un alto índice de viscosidad (IV), y muy bajo punto de fluidez. La mayoría de las propiedades hacen de las PAOs una buena selección para temperaturas extremas – tanto para altas temperaturas de operación como para bajas temperaturas de arranque. En mi opinión, esas son las condiciones que favorecen la selección de una PAO. Algunas aplicaciones típicas para las PAOs son aceites para motor de combustión interna, para engranajes y para compresores. Los atributos negativos de las PAOs son el precio y la baja solubilidad. La baja solubilidad inherente de las PAOs crea problemas a los formuladores al tratar de disolver los aditivos. Del mismo modo, las PAOs no pueden suspender los barnices que pudiesen ser generados como sub-productos de la degradación del lubricante, sin embargo no son muy propensas a generar tales contaminantes.

El problema de la solubilidad puede manejarse por medio de la adición de otras bases lubricantes minerales o sintéticas, como el diéster. El tema del costo está más bien en si usted logrará obtener todos los beneficios de desempeño que ofrecen.

Polialquilén glicol (PAG) o poliglicol (PG)

Los PAGs tienen varias propiedades únicas que les permiten trabajar muy bien en ciertas aplicaciones. En general, tienen excelente estabilidad térmica y oxidativa, muy alto IV, excelente resistencia de película y una extremadamente baja tendencia a formar depósitos en las superficies de la maquinaria. La baja tendencia a formar depósitos se debe realmente a dos propiedades – la capacidad que tiene el aceite para disolver depósitos y el hecho de que se quema limpiamente. Por lo tanto, cuando se exponen a superficies muy calientes o se produce micro-dieseling por aire atrapado, los PAGs tienen menor probabilidad de dejar residuos que puedan formar depósitos. Los PAGs también pueden ser el único tipo de básico sintético con una significativamente menor fricción fluida, lo cual permite ahorrar energía. La otra propiedad única de los PAGs es la capacidad para disolver una gran cantidad de agua y mantener su lubricidad.

Existen dos tipos diferentes de PAGs – uno demulsifica y el otro disuelve agua. Este último puede ser muy útil si usted tiene un compresor que no puede detenerse y que continuamente se contamina con grandes volúmenes de agua. La aplicación más común de los PAGs son los compresores y aplicaciones críticas de engranajes.

El lado negativo de los PAGs es su muy alto costo y el potencial de ser un tanto inestables hidrolíticamente.

Ester de ácido dibásico (diéster)

Las propiedades del diéster son un tanto similares a las de los poliglicoles. Tienen excelente estabilidad térmica y oxidativa, muy alto IV y excelente solubilidad. Esta característica de excelente solubilidad los convierte en una buena opción para su uso en compresores reciprocantes, en donde los depósitos en las válvulas son un gran problema. Otra aplicación común para los diésteres es en aceites para motores de combustión interna. Con frecuencia se utilizan como aditivos con las PAOs para proporcionarles la solvencia necesaria para el gran paquete de aditivos que requieren los aceites de motor. Como efecto lateral, el aceite sintético para motor tendrá una excelente detergencia. Los atributos negativos del diéster son su alto precio y su pobre estabilidad hidrolítica.

Poliol éster

Los básicos de poliol éster tienen varias propiedades de desempeño excelentes, incluyendo estabilidad térmica, súper alto IV y resistencia al fuego. De los aceites básicos mencionados en este artículo, probablemente éste es la mejor opción para aplicaciones de muy alta temperatura. Las dos aplicaciones más comunes para los poliol éster son en fluidos hidráulicos resistentes al fuego y aceites para turbinas de aviación. Pueden utilizarse también en aplicaciones de compresores y aceites de motor. Los atributos negativos son los mismos de los diésteres.

Tabla 1. Fortalezas y debilidades de los sintéticos

La calidad “correcta”

Hay muchas aplicaciones o condiciones de operación en las cuales los aceites sintéticos proporcionan excelentes soluciones. Hemos mencionado algunas, pero existen otras. No es tan importante emplear el lubricante con la “mejor” calidad en cada aplicación, sino más bien utilizar la calidad “correcta” para dicha aplicación.

Mucha gente desperdicia dinero en costosos productos que por diversas razones no mejoran la confiabilidad ni ninguna otra cosa. Otro hecho importante que debe recordar es que estamos hablando de aceites básicos, no de lubricantes terminados. Es bastante probable que un lubricante terminado elaborado con básico mineral ofrezca mejor desempeño que un producto similar elaborado con un básico sintético, dependiendo de los aditivos utilizados.

Cuando tiene sentido utilizar un sintético

Cuando diseñe un programa de lubricación, utilice estas reglas simples para saber cuándo seleccionar un lubricante sintético para alguna aplicación específica. Estas son:

Cuando los requisitos de desempeño del equipo exceden la capacidad que pueda brindar un lubricante mineral
Cuando las propiedades de los sintéticos ayuden en resolver algún problema
Cuando se puedan lograr ahorros en el costo del ciclo de vida, o
Cuando se quiera mejorar el impacto en seguridad y medio ambiente

¿Cuándo los sintéticos son deficientes en sus propiedades de desempeño?

Ya que hemos resaltado las maravillosas y glamorosas razones por las cuales adoramos a los sintéticos, vamos ahora a resaltar sus debilidades. Cada sintético tiene establecida al menos una desventaja y todos los sintéticos tienen una desventaja fundamental común. Los PAO’s son los sintéticos más populares y tienen una sola desventaja, su poca solubilidad para disolver aditivos, y para resolver esta desventaja se le adicionan diésteres en la formulación. Los PAG’s y los ésteres tienen una pobre estabilidad hidrolítica; en otras palabras, estos sintéticos no sólo tienen atracción por el agua (son hidrofílicos), sino que en muchos casos pueden reaccionar con el agua. Esto trae como consecuencias problemas de compatibilidad con el fluido, con los materiales de los sellos y con los revestimientos.

Ahora, regresando a la desventaja fundamental más común de todos los sintéticos, nos referimos a sus altos costos. Como se indicó anteriormente, esto se debe al complejo proceso científico de polimerización que produce o “sintetiza” estos lubricantes.

Escoger usar un sintético puede incrementar la vida útil del lubricante, extendiendo los intervalos de cambio de aceite. Puede que esto no dé como resultado el ahorro de dinero, si su extensión en el intervalo de cambio es un factor muy pequeño comparado con el costo de la inflación. Sin embargo, si otros factores como la facilidad de relubricación o la criticidad de la máquina entran en juego, el factor de costo que influye en la selección del aceite mineral puede ser obviado. Además, si las condiciones de operación son tales que la probabilidad de contaminación es tan elevada que obliga a una relubricación más frecuente, entonces el usar un sintético de alto costo puede también contrarrestar los beneficios. Como podrá darse cuenta, solucionar los problemas relacionados con la lubricación no es tan fácil como seleccionar un sintético. Tome la decisión razonando y analizando minuciosamente las consideraciones en función de sus condiciones inherentes.

Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.