Aceites para motores de gas: Balance en el sistema de aditivos y aceites base

El uso de motores de gas para la generación de energía se ha generalizado en los últimos años. Con estimaciones de que hasta el 30 por ciento de la demanda mundial de electricidad se generará a partir de gas para 2020, esta tendencia parece continuar.

Su uso creciente ha acelerado las demandas comerciales y técnicas de los lubricantes para motores de gas y ha alentado a los operadores de motores a exigir cada vez más expectativas de esempeño más allá del mínimo requerido por los fabricantes.

Estos factores han llevado las formulaciones tradicionales de aceite para motores a gas (GEO, por sus siglas en inglés) al límite y han resaltado las limitaciones de desempeño de los aditivos tradicionales. Se prevé un reequilibrio cuidadoso de los sistemas avanzados de aditivos y aceites base para ofrecer un desempeño mejorado con respecto a los lubricantes tradicionales para enfrentar los desafíos del diseño de motores de gas actuales y futuros.

Para garantizar el funcionamiento sin problemas de sus motores, los fabricantes de motores esencialmente definieron requisitos mínimos de desempeño para los GEO que, en consecuencia, evolucionaron con el diseño del motor.

Sin embargo, los operadores de motores actuales también exigen características de desempeño más allá de esos niveles mínimos para permitirles lograr un funcionamiento rentable del motor. Si bien los requisitos de los fabricantes de motores son obligatorios, los de los operadores de motores permiten a los fabricantes de lubricantes diferenciar sus productos por motivos de desempeño.

Requisitos de los fabricantes de motores

Uno de los requisitos clave de los fabricantes de motores, que necesitan un funcionamiento sin problemas, es evitar golpes que puedan provocar la destrucción del cilindro. En los grandes motores de gas, se sabe que la formación de depósitos en la cámara de combustión inicia el golpeteo. Los lubricantes diseñados con bajo contenido de cenizas sulfatadas reducen este riesgo.

Los fabricantes de motores de gas especifican el rango de contenido de cenizas sulfatadas adecuado para cada motor que comercializan. Esto varía desde menos del 0.1 por ciento de ceniza en peso (lo que se conoce como sin cenizas), menos del 0.5 por ciento de ceniza en peso se describe como bajo en cenizas, hasta menos del 1 por ciento de ceniza en peso se conoce como ceniza media, hasta más del 1 por ciento de ceniza en peso se considera como alto contenido de cenizas.

Para avalar cualquier lubricante, los fabricantes de motores exigen probar el desempeño en pruebas de campo de 4,000 a 10,000 horas en una instalación homologada. Las principales áreas de interés para el desempeño en campo de un GEO incluyen:

Resistencia a la oxidación y nitración

Los GEO deben tener la capacidad de neutralizar los subproductos ácidos de la oxidación y la nitración. Los efectos son visibles en los parámetros del lubricante como la viscosidad, el aumento del número ácido, la caída del número básico, el análisis infrarrojo del aceite usado y en parámetros del motor como la limpieza del motor y la corrosión de los cojinetes.

Control de depósitos

El aceite no debe dejar prácticamente ningún depósito en la cámara de combustión dada la sensibilidad del motor a las detonaciones.

Control de la corrosión

Esto es particularmente importante cuando el gas es especialmente corrosivo y cuando los motores están equipados con tecnología de rodamientos conocida por su sensibilidad a la corrosión.

Estos datos brindan a los formuladores la información que necesitan para diseñar nuevos GEO y se brindan como pautas a los operadores de motores para indicar los intervalos de cambio de aceite. El aseguramiento de estas pautas requiere un monitoreo continuo de la condición mediante el análisis de aceite usado.

Tendencias recientes

En un esfuerzo por aumentar la carga del motor y la eficiencia mecánica, se han producido varios avances recientes en la tecnología de los motores de gas. Una mejora clave es el mayor uso de la electrónica, posiblemente combinada con el funcionamiento con combustible dual, para un mejor control de la combustión. Esto implica el encendido con combustible diesel en lugar de una bujía.

Hasta ahora, estos diseños avanzados no han dado lugar a modificaciones en los requisitos de los fabricantes para el lubricante. Sin embargo, los cambios futuros deberán apoyar el control de las emisiones, los depósitos de gases de escape y las detonaciones.

Requisitos de los operadores de motores

Los operadores de motores esperan más de un lubricante que simplemente un funcionamiento sin problemas del motor. Debido a que los componentes del motor se han vuelto más duraderos, a menudo es el final de la vida útil del lubricante lo que requiere realizar trabajos de mantenimiento durante las paradas programadas. La capacidad de un lubricante para alcanzar intervalos de cambio muy largos (4000 horas) en cualquier modelo de motor es muy deseable.

Debido a que los aditivos tradicionales y los sistemas de aceite base convencionales han llegado a su límite en ese sentido, particularmente en los motores más pequeños, la atención se ha centrado en el uso de aceites base de mayor desempeño. Sin embargo, las químicas de los aditivos tradicionales a menudo tienen dificultades, particularmente en términos de control de depósitos, en estos aceites base de mayor desempeño.

Como cualquier aceite de motor, un GEO es una combinación de aditivos y aceite base. Dada la importancia del control de oxidación/nitración en la evaluación del desempeño de un GEO, la selección adecuada de ambos es esencial.

Formulación más rápida

Tanto los fabricantes como los operadores de motores evalúan las pruebas del desempeño del GEO en campo. Sin embargo, dado que algunas pruebas de campo requieren dos años, los formuladores están reconociendo que, para mantenerse al día con los desarrollos del diseño de ingeniería, se necesitan métodos de evaluación más flexibles y rápidos que den una buena indicación del desempeño en campo.

En una conferencia reciente de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME, por sus siglas en inglés), Infineum presentó datos que describen una secuencia de pruebas para la formulación de GEO de alto desempeño que utilizaban formulaciones de GEO comerciales bien establecidas como referencia. La relevancia de la secuencia de pruebas de laboratorio fue confirmada por los resultados de campo posteriores.

Salicilatos para una vida útil más prolongada del aceite

El componente principal del sistema de aditivos en la formulación es el sistema detergente, porque ofrece todas las características de desempeño requeridas. Los detergentes difieren en sus características de desempeño dependiendo de su composición del surfactante (tensioactivo).

La química del detergente tradicional de fenato es excelente cuando se expone a altas temperaturas durante períodos cortos, pero está limitada en términos de vida útil del aceite a temperaturas moderadas y funcionamiento prolongado de los motores de gas.

Esto se puede superar añadiendo más antioxidante, pero dada su vida útil relativamente corta, no puede ser una solución eficaz en un sistema que se espera que funcione durante 4,000 horas. La química del detergente a base de salicilato controla la oxidación durante más tiempo en motores de gas y ha demostrado una vida útil más larga del aceite en campo.

Sistema de aceite base

Las formulaciones de GEOs se han mezclado utilizando principalmente aceites base mineral convencionales (Grupo I). No ha habido una penetración significativa en el mercado de los aceites base sintéticos (Grupo IV) debido a su alto costo para el usuario. Los formuladores han intentado eliminar de la formulación del lubricante los brightstocks (N del T: base lubricante de alta viscosidad fabricada a partir del residuo asfáltico que queda cuando los combustibles más ligeros y los componentes del lubricante se destilan a partir del petróleo crudo) porque estos tienen una baja resistencia a la oxidación.

Recientemente, los formuladores han podido elegir aceites base alternativos como el Grupo II (aceite mineral hidroprocesado) y el Grupo III hidrofraccionado (aceite base de alto índice de viscosidad). Estos aceites base ofrecen grandes ventajas al formulador de GEO gracias a su resistencia mejorada a la nitración y oxidación, en comparación con los aceites base del Grupo I.

Sin embargo, la evaluación del desempeño de estos aceites base muestra que deben asociarse con un sistema de aditivos cuidadosamente equilibrado para que brinden algún beneficio. La formulación óptima consiste en combinar la tecnología detergente de salicilatos más eficaz y un aceite base del Grupo II.

Nota del editor: Este artículo ha sido reimpreso de la revista Infineum Insight con la amable autorización de Infineum International Limited (www.infineum.com).

Referencias: Malcom Rose, Infineum International Limited. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América