Cómo afecta el calor a los lubricantes: La regla de la tasa de Arrhenius

¿Es cierto que la vida útil de un lubricante se reduce a la mitad por cada 10 grados C (18 grados F) de aumento en la temperatura de funcionamiento? Sí, esto es generalmente cierto y se basa en un principio científico bien establecido conocido como la regla de la tasa de Arrhenius.

La regla de la tasa de Arrhenius explicada

La regla de la tasa de Arrhenius, llamada así en honor al químico sueco del siglo XIX Svante Arrhenius, explica la relación entre la temperatura y la velocidad a la que se producen las reacciones químicas. La regla es fundamental en varios campos, incluida la lubricación, ya que ayuda a predecir y gestionar la degradación del lubricante.

La ecuación de Arrhenius es la siguiente:

Dónde:

k es la constante de velocidad de la reacción,
A  es el factor preexponencial,
e  es el número de Euler
Ea es la energía de activación de la reacción,
R es la constante universal de los gases,
T es la temperatura absoluta (en grados Kelvin).

En términos prácticos, esta ecuación nos dice que la velocidad de las reacciones químicas, incluidas las que conducen a la degradación del lubricante, aumenta exponencialmente con el incremento de la temperatura. En concreto, por cada 10 °C (18 °F) de aumento de la temperatura, la velocidad de oxidación del lubricante se duplica, lo que reduce la vida útil del lubricante a la mitad.

Por qué es importante la temperatura

Los lubricantes son esenciales para reducir la fricción, el desgaste y la generación de calor en los sistemas mecánicos. Sin embargo, no son inmunes a la degradación. Las altas temperaturas de funcionamiento aceleran el proceso de degradación, en particular a través de la oxidación, la reacción química que más comúnmente agota los aditivos y degrada las bases lubricantes.

Por eso, el control de la temperatura es crucial en aplicaciones de alta temperatura, como motores o compresores. Al monitorear y controlar las temperaturas de funcionamiento, puede prolongar significativamente la vida útil de sus lubricantes y, en consecuencia, de su maquinaria.

Consecuencias de las altas temperaturas en los lubricantes

Cuando los lubricantes se degradan debido a las altas temperaturas, pueden surgir varios problemas:

Descomposición de aditivos y aceite base: El calor acelera la descomposición de los aditivos y el aceite base del lubricante, lo que reduce su eficacia.
Mayor tasa de oxidación: Las altas temperaturas duplican la tasa de oxidación, lo que conduce a una acumulación más rápida de subproductos dañinos como ácido carboxílico, lodos y barnices.
Reducción de la vida útil de los filtros y sellos: El aceite caliente puede acortar la vida útil de los filtros y sellos, lo que genera necesidades de mantenimiento más frecuentes.
Sangrado de grasa: Las temperaturas más cálidas pueden agravar los problemas con contaminantes microbianos y hacer que la grasa y aceite se separen más rápido.

Aplicación de la regla de Arrhenius al mantenimiento

Comprender la regla de la tasa de Arrhenius permite a los equipos de mantenimiento abordar los problemas de lubricación de manera proactiva. Por ejemplo, al analizar las temperaturas de funcionamiento actuales de la maquinaria y compararlas con los datos históricos, se pueden ajustar los programas de mantenimiento para tener en cuenta la degradación acelerada del lubricante. Este enfoque predictivo puede evitar fallas inesperadas en la maquinaria y optimizar los intervalos de mantenimiento.

Ejemplo práctico: cajas de engranajes industriales

Consideremos una caja de engranajes industrial que funciona a 69 °C (156 °F). Si los datos históricos muestran que el lubricante debe reemplazarse cada dos años, un aumento en la temperatura de funcionamiento promedio a 79 °C significaría que ahora el lubricante debería reemplazarse anualmente. Con base en la regla de la tasa de Arrhenius, esta predicción también puede justificar la necesidad de mejorar las medidas de enfriamiento para mantener un funcionamiento óptimo y reducir los costos de mantenimiento. 

La temperatura es sólo un factor

Si bien la regla de la tasa de Arrhenius brinda información valiosa sobre las reacciones dependientes de la temperatura, es esencial recordar que otros factores, como los contaminantes, el estrés mecánico y la calidad del lubricante, influyen en la degradación del lubricante. Cada uno de estos factores puede complicar la aplicación de la regla de la tasa de Arrhenius en situaciones del mundo real.

Sin embargo, comprender los principios básicos detrás de esta regla le permitirá tomar decisiones más informadas con respecto a la selección de lubricantes, el mantenimiento de la maquinaria y la eficiencia operativa general.

Conclusión

En el campo de la lubricación, la temperatura es un factor crítico que puede afectar significativamente la vida útil del lubricante y la confiabilidad de la maquinaria. La regla de la tasa de Arrhenius ofrece una base científica para comprender y predecir la degradación del lubricante, lo que permite tomar medidas proactivas que prolongan la vida útil de los lubricantes y la maquinaria. Mantener los lubricantes frescos, limpios y secos puede mejorar la confiabilidad de la maquinaria y reducir los costos de mantenimiento.

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