Todos los lubricantes NO son iguales
Los lubricantes están compuestos por aceite base y un paquete de aditivos. El aceite base juega un papel fundamental del lubricante ya que establece la viscosidad para formar la película lubricante que separa las superficies en movimiento que se lubrican.
Los aditivos sirven para:
- Mejorar una propiedad deseable del aceite base.
- Suprimir una propiedad indeseable del aceite base.
- Agregar una nueva propiedad que el aceite base no proporciona.
Estos aditivos incluyen inhibidores de oxidación, inhibidores de corrosión, mejoras del índice de viscosidad, inhibidores de espuma, aditivos anti-desgaste, detergentes y más. Con el tiempo, los aditivos están expuestos a condiciones que disminuyen su capacidad, o simplemente, se agotan con el paso del tiempo.
El Papel de los Aditivos en los Lubricantes
Los aditivos son cruciales para extender la vida y el rendimiento de los lubricantes. Sus funciones se agrupan en tres categorías:
- Mejorar Propiedades: Por ejemplo, los mejoradores del índice de viscosidad mejoran la estabilidad de la viscosidad del lubricante en un rango de temperaturas.
- Suprimir Propiedades Indeseables: Cada aceite tiene un punto de fluidez, que es la temperatura a la que el lubricante comienza a solidificarse. Esta propiedad indeseable es suprimida por los depresores del punto de fluidez, ayudando a mantener la fluidez del aceite a temperaturas más bajas.
- Agregar Nuevas Propiedades: Los aditivos anti-desgaste proporcionan protección adicional contra el desgaste de la superficie, una propiedad no inherente al aceite base a baja velocidad relativa de la superficie o carga excesiva.
A pesar de su eficacia, los aditivos tienen limitaciones. Están sujetos a varios factores de estrés dentro de la maquinaria, lo que lleva a su eventual agotamiento. Comprender los mecanismos detrás de este agotamiento es crucial para una gestión eficaz del lubricante.
Ejemplo: Inhibidores de Oxidación
Los antioxidantes, están diseñados para retrasar el inicio de la oxidación y las consecuencias negativas resultantes: la formación de ácidos, barnices y la acumulación de lodos. La oxidación ocurre cuando el lubricante reacciona químicamente con el oxígeno, como cuando se expone al agua y al aire (ver Figura 1). Esto descompone el aceite y lo convierte en una molécula altamente reactiva, como un hidroperóxido. La razón por la cual el inhibidor de oxidación retrasa la oxidación en lugar de prevenirla, es porque es sacrificial y pierde su funcionalidad al realizar su trabajo. El inhibidor de oxidación detiene al hidroperóxido de reaccionar más con otras moléculas de aceite (Figura 2), deteniendo la reacción química oxidativa en cadena. Pero en el proceso, el inhibidor de oxidación se sacrifica, y el aditivo a granel se agota gradualmente.
La mayoría de los aditivos pueden agotarse con el tiempo debido a su exposición a diversas condiciones. Esto es tanto bueno como malo. Es bueno, porque a corto plazo está cumpliendo su función al retrasar la oxidación del lubricante. Es malo porque con el tiempo, ha perdido un porcentaje de su concentración de aditivos. En el caso del antioxidante, ha perdido «vida oxidativa» resultando en la acumulación de lodos, alquitrán, barniz y generación de ácidos.
Mecanismos de Depleción de los Aditivos
Los tres mecanismos principales: descomposición, remoción física y adsorción.
1. Descomposición
- Oxidación: Los inhibidores de oxidación, como el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP) y los fenoles, están diseñados para retrasar el inicio de la oxidación (ver ejemplo de inhibidor de oxidación arriba).
- Hidrólisis: El agua y el calor causan la descomposición química de ciertos aditivos. Por ejemplo, el ZDDP puede hidrolizarse, llevando a la formación de ácido sulfúrico y sulfuro de hidrógeno, que pueden degradar aún más el lubricante.
- Degradación Térmica: A medida que aumentan las temperaturas de operación, puede ocurrir la degradación térmica de los aditivos. Esto es particularmente cierto para aditivos sensibles al calor, como ciertos antioxidantes y mejoradores del índice de viscosidad.
- Neutralización: Algunos aditivos, como los detergentes con exceso de base, están diseñados para neutralizar ácidos que entran al aceite como contaminantes. Se sacrifican en este proceso, agotándose con el tiempo debido a esta exposición. Si no se monitorea correctamente, el aceite puede volverse corrosivo para la máquina si continúa en servicio después de que la mayoría de los detergentes sobre basados se hayan agotado.
- Rotura molecular: Cuanto más larga sea la molécula, más probable será que se rompan las cadenas moleculares bajo efectos de cizallamiento. Esto es particularmente cierto para los mejoradores del índice de viscosidad.
2. Remoción Física (Transferencia de Masa)
- Precipitación por Condensación: Si los aditivos se vuelven insolubles debido a la contaminación, temperatura u otras condiciones de operación, serán más propensos a asentarse por gravedad en el fondo de un depósito.
- Filtración: Los aditivos sólidos o condensados pueden ser removidos físicamente del lubricante mediante filtración (los desespumantes de silicona o los aditivos EP de borato), pueden quedar atrapados por el filtro cuando se filtran las partículas a las que están adheridos.
- Centrifugación: La filtración centrífuga utilizada en algunas aplicaciones para eliminar contaminantes puede tener esta consecuencia añadida.
- Evaporación: Aunque poco común, ciertos aditivos pueden evaporarse, particularmente cuando se utilizan deshidratadores de vacío para eliminar agua del lubricante.
3. Absorción
- Absorción Superficial: Los aditivos polares, como los aditivos EP (presión extrema) y AW (anti-desgaste), pueden adherirse a las superficies de las máquinas, formando películas límite similares a jabones para proteger contra la fricción y el desgaste. Aunque esto proporciona protección inmediata, agota la concentración de aditivos en el lubricante mientras se preparan para realizar su trabajo.
- Fregado de Partículas: Los aditivos pueden ser atraídos por partículas debido a la polaridad de los aditivos, quedando atrapados y arrastrados a los suelos del depósito o filtros. Este proceso, conocido como fregado de partículas, elimina aditivos de la circulación dentro del lubricante.
- Lavado por Agua: Como el agua es un material polar, puede arrastrar aditivos, llevándolos al fondo del depósito, especialmente en entornos donde la contaminación por agua es alta.
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Monitoreo y Gestión de Niveles de Aditivos
Para asegurar que el lubricante continúe proporcionando longevidad y efectividad durante su intervalo de servicio previsto, es esencial monitorear regularmente los niveles de aditivos mediante análisis de aceite y tomar medidas proactivas si están cerca de agotarse.
Mejores prácticas para monitorear o mantener los niveles de aditivos:
- Análisis Regular de Lubricantes: Instrumentos de prueba como la Espectroscopia Infrarroja de Fourier (FTIR), el análisis elemental y la Voltametría Lineal de Barrido (LSV) pueden monitorear las condiciones de ciertos aditivos dependiendo de la estructura elemental o molecular.
- Uso de Lubricantes de Alta Calidad: Optar por lubricantes con paquetes de aditivos más robustos puede aumentar la resistencia a la agotamiento y extender la vida útil del aceite para que coincida con un intervalo de servicio previsto. Los lubricantes LE de Lubrication Enginneers.
- Almacenamiento y Manejo Adecuados: Mantener condiciones de almacenamiento y procedimientos de manejo óptimos minimiza el riesgo de contaminación y condiciones desfavorables que podrían llevar al agotamiento o degradación de los aditivos.
El rendimiento de los aditivos también se puede medir a través de ensayos como la Prueba de Oxidación en Vasija a Presión Rotativa (RPVOT) y puede medir la vida oxidativa restante del lubricante al evaluar su resistencia a la oxidación.
Medidas Proactivas
La forma más efectiva de mitigar los efectos negativos del agotamiento de los aditivos es minimizar la influencia de la contaminación durante el almacenamiento, la transferencia y el entorno operativo de la maquinaria. Mantener los parámetros recomendados reduce el estrés en el lubricante y sus aditivos. Reducir la entrada de agua y la contaminación por partículas ayuda a preservar la presencia y efectividad de los aditivos cuando más se necesitan.
La temperatura también tiene un efecto dramático en el agotamiento de los aditivos. La descomposición es una reacción química y se sabe a través de la Regla de Velocidad de Arrhenius que estas reacciones ocurrirán el doble de rápido por cada aumento de 10° Celsius.
Conclusión
Entender cómo ocurre el agotamiento de aditivos en los lubricantes es vital para mantener la confiabilidad y el rendimiento de la maquinaria. Al reconocer los mecanismos detrás del agotamiento de aditivos e implementar las mejores prácticas para monitorear y gestionar los niveles de aditivos, las industrias pueden extender la vida de sus lubricantes y asegurar una operación óptima de la maquinaria. Aprende las habilidades y beneficios de realizar análisis regulares de aceite y aplica medidas proactivas que aborden la causa raíz. Prevenir los efectos adversos del agotamiento de aditivos conduce en última instancia a una mayor eficiencia y menores costos de mantenimiento.