Los compresores de aire centrífugos con engranajes integrados son máquinas multi eje que se utilizan en todo el mundo para suministrar aire a alta presión y gran volumen para las funciones esenciales de las plantas. Estos compresores utilizan un engranaje central para accionar uno o más ejes de piñón, cada uno equipado con uno o dos impulsores por etapa de compresión. Estos compresores pueden utilizarse en diversas aplicaciones en las industrias del petróleo y el gas, petroquímica, separación de aire y otras.
En un compresor de aire centrífugo con engranajes integrados, los requisitos de lubricación deben considerar tanto los elementos giratorios de alta velocidad como los de baja velocidad. Los piñones de alta velocidad pueden operar a decenas de miles de RPM sobre cojinetes hidrodinámicos, mientras que el engranaje principal, operando a la velocidad de entrada del motor de tan solo unos pocos miles de RPM, debe soportar la carga transferida del motor a los piñones. En este caso, el lubricante debe proporcionar suficiente lubricidad a los cojinetes para un funcionamiento suave, a la vez que ser lo suficientemente robusto como para proteger el engranaje entre los elementos giratorios.
Figura 1. Componentes lubricados de un compresor de aire con engranajes integrados
Al seleccionar una solución de lubricación, encontrará varias clases de aceites, cada una derivada de un aceite base específico. Estos suelen clasificarse en los grupos de aceites base del I al V, según lo define el Apéndice E de la norma API 1509.
Figura 2. Grupos de aceites base por API
Hidrocarburos refinados
Los lubricantes formulados con una base de hidrocarburos refinados del Grupo I son la opción más económica. Los aceites minerales refinados con solventes básicos suelen ofrecer una lubricación adecuada para compresores centrífugos con engranajes integrados, pero carecen de las propiedades de prolongación de la vida útil de los aceites base más refinados. En los compresores de aire centrífugos con engranajes integrados, la parte más caliente de la máquina se encuentra en los cojinetes del piñón de alta velocidad, lo que debe tenerse en cuenta al elegir el lubricante adecuado. Los lubricantes que contienen bases del Grupo I a menudo deben complementarse con altos niveles de aditivos y mezclas de ésteres para aumentar su idoneidad térmica y oxidativa.
Los aceites base de los Grupos II y III representan aceites minerales más refinados, con menor potencial de impurezas y una mejor estructura molecular, lo que se traduce en una mayor estabilidad térmica y oxidativa. Si bien son similares, difieren principalmente en sus métodos de refinación: los del Grupo II se hidrotratan, mientras que los del Grupo III se hidrofraccionan. Estos aceites minerales altamente refinados han ganado una mayor popularidad frente a los del Grupo I, ya que son mucho menos volátiles y tienen menos impurezas, lo que los convierte en una opción más segura en muchas aplicaciones.
Una característica clave de los aceites base de hidrocarburos refinados de los Grupos I a III es que sus moléculas son apolares, con electrones distribuidos uniformemente y sin extremos positivos o negativos definidos. Por otro lado, los subproductos de oxidación típicos de la maquinaria que opera en alta velocidad son moléculas polares que tienden a adherirse fácilmente. Cuando se producen, estos subproductos, si no se capturan y solubilizan, se desprenden y se depositan en las superficies internas como barniz. Cualquier lubricante que utilice una base de hidrocarburos refinados dependerá necesariamente de los aditivos antioxidantes para unirse a los subproductos de oxidación y mantenerlos en solución.
Algunos productos, un subgrupo de la designación oficial API Grupo III, pueden denominarse Grupo III+. Estas bases lubricantes suelen tener un índice de viscosidad notablemente alto y se utilizan en productos premium. Muchos productos del Grupo III+ se derivan de técnicas de refinación alternativas, como la conversión de gas natural a líquidos (GTL, siglas en inglés de Gas to Liquid) mediante procesos como Fischer-Tropsch. Esto produce una base de hidrocarburos aún más refinada que requiere menos aditivos para lograr un buen desempeño de lubricación.
Se puede esperar que un lubricante de alta calidad basado en un aceite base del Grupo II o del Grupo III, ya sea del fabricante original o de un tercero, pueda durar al menos 2 años o 16,000 horas en condiciones normales de funcionamiento.
Totalmente sintéticos
Aunque los aceites base del Grupo IV (PAO, polialfaolefinas) pueden ofrecer un desempeño comparable al de los aceites base del Grupo III, generalmente no ofrecen ventajas significativas y tienden a ser más caros. Al igual que los hidrocarburos refinados, un lubricante a base de PAO depende de aditivos y de la mezcla con ésteres para lograr la lubricidad y las propiedades de protección necesarias. Por ello, los lubricantes a base de PAO han perdido popularidad, tanto en compresores de aire centrífugos con engranajes integrados como en otras aplicaciones de lubricación industrial. Algunos fabricantes aún ofrecen lubricantes para compresores a base de PAO, ya que el término «totalmente sintético» puede resultar atractivo en comparación con las opciones a base de hidrocarburos refinados, pero cada vez hay menos.
El lubricante premium de mejor desempeño, y notablemente diferente, para compresores de aire centrífugos, se basa en una formulación de polialquilén glicol (PAG) del Grupo V. La creciente tendencia en la industria hacia este sintético se debe a sus moléculas polares, con un extremo con carga negativa y otro con carga positiva. El polialquilén glicol por sí solo tiene un potencial de formación de barniz casi nulo, pero cuando los peligrosos subproductos de oxidación forman lodos o barniz, que también son de naturaleza polar, se disuelven en el lubricante, lo que ayuda a prevenir la posibilidad de deposición y la posterior formación de barniz. Esta característica de solvencia natural proporciona una excelente resistencia general a la formación de barniz, ya que las partículas resultantes de la oxidación permanecen atrapadas en suspensión en el lubricante, en lugar de depositarse en las superficies del sistema.
Otras ventajas comunes para considerar con un lubricante a base de PAG son una mayor conductividad térmica, una liberación de aire más rápida y una mayor conductividad eléctrica.
Si bien un lubricante a base de PAG puede ser inicialmente más costoso que otros, su vida en servicio y resistencia a la oxidación lo convierten en una excelente opción para muchas aplicaciones. Un lubricante a base de PAG de buena calidad, en condiciones óptimas de funcionamiento, puede durar de dos a tres veces más que un lubricante comparable a base de hidrocarburos.
Tenga en cuenta que, al aplicar un lubricante a base de PAG en lugar de un producto lubricante existente, este tendrá un índice de viscosidad más alto que su equivalente de hidrocarburo. Por ello, deberá asegurarse de que la viscosidad elegida coincida con su aplicación a la temperatura normal de funcionamiento de la máquina, en lugar de la viscosidad ISO a 40 °C. Por ejemplo, un compresor que especifica el uso de un lubricante de hidrocarburo ISO 32 puede usar un lubricante a base de PAG con un índice de viscosidad ISO entre un 10 % y un 20 % inferior.
Figura 3. Diferencias en las propiedades de desempeño de lubricantes para compresores
Los avances en el perfeccionamiento y la tecnología de la lubricación han dado lugar a diversas opciones para la lubricación de compresores y en la industria en general. Los lubricantes en el mercado actuales permiten diversas alternativas que le ayudan a consolidar proveedores, mejorar su confiabilidad o resolver problemas existentes. Si bien existen diversas opciones de lubricantes para diferentes aplicaciones, invertir en una solución de alta calidad es casi siempre la mejor opción para obtener desempeño a largo plazo, mejor confiabilidad y un costo total de propiedad óptimo. En caso de duda, consulte siempre con el fabricante de su maquinaria o con un especialista técnico de confianza para garantizar la mejor opción para su sistema.
Roger Beavans. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América