Los lubricantes pueden efectuar diferentes funciones dentro de un sistema. Generalmente se espera que disminuyan la fricción, el desgaste y el calor en los componentes de la maquinaria. Uno de los aspectos más ignorados de un lubricante es su capacidad para influir en las emisiones al ambiente. Al seleccionar el aceite adecuado, puede ayudar a reducir algunos de los contaminantes dañinos que se arrojan al medio ambiente sin sacrificar las necesidades de la máquina o el desempeño del lubricante.
Factores de emisión
Cuando piensa en emisiones, lo primero que viene a la mente es el tubo de escape de su vehículo personal. Estas emisiones se acumulan con el tiempo y han llevado a que se aprueben leyes para limitar el tiempo de operación en vacío de los camiones grandes. Algunos estados incluso requieren pruebas obligatorias de emisiones de los vehículos, lo que se conoce como pruebas de smog. Mucho de esto tiene que ver con cómo se consume el combustible durante el ciclo de combustión. Cuando el combustible se quema completamente se producen menos emisiones dañinas.
Bases lubricantes
Aunque son varios los factores que pueden afectar la forma en que los lubricantes impactan las emisiones ambientales, comencemos por examinar el componente fundamental de un lubricante, la base lubricante. Una base lubricantes es un aceite sin aditivos. Las bases lubricantes se clasifican comúnmente en tres categorías: mineral, vegetal y sintética. La mayoría de la demanda del mercado todavía está dominada por las bases minerales, aunque las sintéticas están ganando terreno rápidamente.
Las bases vegetales están aumentando en popularidad, pero en su mayoría están siendo relegadas a áreas ambientalmente seguras, sistemas a toda pérdida y algunas aplicaciones de procesamiento de alimentos. Cada base lubricante tiene sus propias fortalezas y debilidades, que determinarán cuánta influencia tiene en el control de las emisiones.
El coeficiente de fricción
Una propiedad que puede mejorar la eficiencia de una máquina y disminuir el consumo de energía y combustible se conoce como el coeficiente de fricción. Tenga en cuenta que, si puede reducir la cantidad de fuerza requerida para mover una carga a través de una película de lubricante, puede reducir la cantidad de combustible consumido y la cantidad de emisiones producidas. El coeficiente de fricción es simplemente la cantidad de fuerza requerida para mover una carga. Cuanto más cerca esté esta relación a 1, más fuerza se requiere para mover la carga. A medida que disminuye la relación, se necesita menor fuerza para mover la misma carga.
Los aceites minerales por naturaleza tienen millones de combinaciones de formas y tamaños moleculares en cada gota. Esta inconsistencia en el tamaño molecular resulta en un coeficiente de fricción más alto. Los aceites sintéticos son compuestos hechos por el hombre y tienen mucha más consistencia en varias áreas clave, incluyendo las propiedades de los fluidos y el tamaño de las moléculas. Esto permite que una carga se mueva más fácilmente a través de la película de lubricante, disminuyendo así el consumo de energía y las emisiones.
Para entender cómo funciona esto, imagine que empuja una lámina de madera sobre una serie de pelotas. Si las pelotas son de diferentes formas y tamaños (balones de fútbol, pelotas de baloncesto, pelotas de béisbol, etc.), mover la pieza de madera se vuelve más difícil e incómodo. Ahora, si tomó esa misma hoja de madera y la empuja sobre una serie de pelotas de tenis, teniendo cada pelota la misma forma y tamaño, se vuelve mucho más fácil. Esta es la razón por la cual la mayoría de los aceites sintéticos anuncian que reducen el consumo de energía y pueden ayudar a disminuir las emisiones.
60%
de los profesionales de la lubricación consideran las preocupaciones ambientales cuando seleccionan un lubricante para su maquinaria, según una encuesta reciente realizada en MachineryLubrication.com
Aditivos
Aparte de las bases lubricantes, los aditivos son el otro componente fundamental de un lubricante. Los aditivos se mezclan con la base lubricante para impartir, suprimir o mejorar sus propiedades. Dependiendo de la aplicación, se le agregan diferentes cantidades y tipos de aditivos para permitir que funcione mejor en la maquinaria. Por ejemplo, los aceites para turbinas tienen una cantidad relativamente pequeña de aditivos, mientras que el aceite de motor tiene una concentración mucho más alta y aditivos químicamente más agresivos. Para reducir las emisiones y ayudar a que su maquinaria funcione de manera más eficiente, debe concentrarse en tres principales tipos de aditivos: aditivos para el control de la fricción, detergentes y dispersantes.
Los aditivos de control de fricción dejan una película química dúctil en las superficies de la máquina para evitar que las partes se adhieran entre sí y para reducir la fricción entre las superficies cuando no hay una película fluida. Es probable que esté familiarizado con dos tipos de aditivos llamados antidesgaste (AW, por sus siglas en inglés) y aditivos de extrema presión (EP, por sus siglas en inglés). Sin embargo, un tercer tipo, conocido como modificadores de fricción (FM, por sus siglas en inglés), se usan en la mayoría de los lubricantes conservadores de energía. Estos aditivos requieren menos energía de activación, generalmente en forma de calor, para activarse y trabajar en zonas de fricción. En pocas palabras, comienzan a trabajar a temperaturas más bajas que los aditivos tradicionales AW y EP y, por lo tanto, pueden reducir aún más el consumo de energía. En los motores, también pueden ayudar a disminuir las emisiones.
Los detergentes tienen dos propósitos: evitar la formación de depósitos de las áreas de alta temperatura y neutralizar los ácidos formados en el ciclo de combustión. Durante la combustión, los subproductos frecuentemente pasan por los anillos del motor y se introducen en el aceite. Estos subproductos se conocen como paso de gases de combustión al cárter o blow-by. Si no se controla, el blow-by producirá ácidos, lo que puede resultar en intervalos de cambio de aceite más cortos y una lubricación deficiente. Los detergentes neutralizan los ácidos antes de que se conviertan en un problema, extendiendo así el intervalo de cambio de aceite y disminuyendo el riesgo que estos ácidos causen más daños. Como es el caso con la mayoría de los aditivos, los detergentes se sacrifican y tienen una vida útil limitada. Por lo general, una vez que los niveles de detergente caen en un 50%, el aceite debe cambiarse.
Los dispersantes se utilizan para controlar los depósitos de hollín. El hollín es un subproducto de la combustión. Con el tiempo, el hollín puede acumularse y provocar un aumento de la viscosidad del aceite, una lubricación deficiente, un mayor desgaste e intervalos más cortos de cambio de aceite. Una buena dispersancia es clave para un óptimo desempeño y para extender lo más posible la vida útil de su motor. Los dispersantes ayudan a evitar que el hollín se aglomere y se separe del aceite. Si el hollín permanece dividido finamente y suspendido en el aceite, tiene muchas más posibilidades de filtrarlo y evitar que se deposite en las superficies del motor. Esto puede mantener las válvulas y los anillos libres para moverse, reduciendo las emisiones y la formación de ácidos.
Aplicaciones
Posiblemente la aplicación más importante en la que se pueden controlar las emisiones con una lubricación adecuada es el motor de combustión interna. Estos motores son responsables de una gran cantidad de emisiones a la atmósfera, ya que la mayoría de la gente conduce al trabajo o usa su vehículo para trabajar. Al comprar aceites para motor, debe preocuparse por lo que se conoce como la clasificación de servicio del Instituto Americano del Petróleo (API, por sus siglas en inglés). Esta clasificación le dirá si el aceite cumple con los estándares establecidos por el API en ciertos aspectos, como concentración de aditivos, desempeño, emisiones y eficiencia de combustible. Para los motores a gasolina, la clasificación de servicio comienza con una “S”, como en “SN”, que es la clasificación actual (2018). Para los motores diésel, la clasificación de servicio comienza con una “C”, siendo la más actual “CK-4”. Hay diferencias de formulación entre las clasificaciones, por lo que es mejor conocer las necesidades específicas de su motor al comprar el aceite para su vehículo.
Otra clasificación encontrada en la mayoría de los aceites de motor se relaciona específicamente con la eficiencia de combustible. En la parte inferior del símbolo de la dona de API, busque las palabras “conservador de energía” o “conservador de recursos”. Cuando vea estos términos, significa que este aceite en particular ha pasado la prueba de economía de combustible de la Asociación Americana de Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés). En esta prueba, el aceite se introduce en un motor de prueba en el que se mide la economía del combustible. Para los grados SAE 0W-20 y 5W-20, el aceite seleccionado debe mostrar un aumento en la economía de combustible del 2.6 por ciento después de 16 horas de prueba y del 1.2 por ciento después de 100 horas. Para los grados 0W-30 y 5W-30, el aceite seleccionado debe mostrar un aumento en la economía de combustible del 1.9 por ciento después de 16 horas y del 0.9 por ciento después de 100 horas. La tendencia actual en la industria automotriz es aumentar la economía de combustible tanto como sea posible con el uso de grados de viscosidad más bajos, mejores bases lubricantes y propiedades de aditivos que satisfagan las necesidades del motor.
Tal vez el problema más grande que afecta a los vehículos cuando se trata de emisiones es la formación de óxidos de nitrógeno (NOx). Cuando el combustible se quema en un motor en presencia de aire, se forman NOx. Estos luego son expulsados por el tubo de escape hacia la atmósfera. Hay varios problemas asociados con esto, como una mayor posibilidad de lluvia ácida y riesgos para la salud si el compuesto se respira con regularidad. Para combatir esto, muchos fabricantes de motores diésel han recurrido a sistemas de recirculación de gases de escape (EGR, por sus siglas en inglés).
Los sistemas EGR usan el aceite del motor para eliminar contaminantes dañinos de los gases de escape. Si bien esto es bueno para el medio ambiente, puede causar problemas para el motor y el aceite del motor si no se administra y controla adecuadamente. Los sistemas EGR funcionan devolviendo algunos de los gases de escape al lado de admisión del motor. Durante este tiempo, los gases se enfrían, lo hace que disminuya la temperatura de de la llama en la cámara de combustión. Si se reduce la temperatura de llama, se reduce la formación de NOx, lo que es mejor para el medio ambiente.
El problema con los sistemas EGR es el exceso de hollín generado por la recirculación de los gases de escape. Dado que el hollín afecta la salud del lubricante y aumenta el riesgo de desgaste del motor, es obligatorio que los motores que usan un sistema EGR tengan cambios de aceite basados en condición. Ya se ha mencionado cómo los aditivos pueden combatir el hollín y el desgaste, pero a medida que aumenta la concentración de hollín, los aditivos en el aceite se agotan más rápido, lo que resulta en intervalos de cambio de aceite más cortos y un mayor riesgo de falla. En estas aplicaciones, la prueba de despersancia es obligatoria.
Aunque la mayor parte de este artículo se ha enfocado en los aceites de motor, los mismos principios pueden aplicarse a otras aplicaciones. Los compresores son otro tipo de maquinaria que se beneficia al seleccionar la base lubricante y los aditivos adecuados para un mejor manejo de gases presentes en la cámara de compresión y evitar que se liberen a la atmósfera. En la mayoría de las refinerías y plantas petroquímicas, se utilizan los compresores para reciclar los gases del proceso y refinarlos. Esto reduce la expulsión o el quemado de gases, lo que causaría contaminación ambiental.
Siempre tenga en cuenta que, al hacer coincidir adecuadamente las necesidades de su maquinaria con las propiedades del lubricante, no solo puede extender la vida útil de sus máquinas, sino que también puede ayudar a proteger el ambiente en el que vivimos.
Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América.