Abrir - Congresos

8º CONGRESO IBEROAMERICANO DE INGENIERIA MECANICA
Cusco, 23 al 25 de Octubre de 2007
TRIBOLOGIA: CALCULOS ECONOMICOS DEL AHORRO CON LUBRICANTES
SINTETICOS
Ing. Benítez Hernández Luís Eduardo
Ingeniero Mecánico, MBA
Profesor Titular, Maestro Universitario
Universidad Nacional de Colombia
E-mail: [email protected]
RESUMEN
-
El trabajo presenta los beneficios de aplicar lubricantes sintéticos y compararlos con sus similares en minerales
derivados del petróleo.
La experiencia enseña que se obtienen economías en:
Disminución del número de cambios en un periodo de tiempo.
Disminución de mano de obra necesaria para mantenimiento.
Disminución en Paradas de planta, por mantenimiento o reparaciones, tan costosas para nuestro sistema
productivo.
Mejor protección contra el desgaste, mayor vida útil para los equipos.
Ahorros de energía (7% a 10%) por menores coeficientes de fricción de los sintéticos.
Disminución del consumo de repuestos.
Trabajo a mayores temperaturas sin degradación del aceite, o disminución de vida útil.
Garantía de mayor confiabilidad de equipos.
Mayor protección al medio ambiente (biodegradabilidad y menos cambios de aceite)
Cuantificar estos factores puede orientarnos al tomar decisiones importantes respecto al uso o no de lubricantes
sintéticos y minimizar los efectos de su mayor costo.
En resumen, el uso de lubricantes sintéticos mejora la productividad de los procesos industriales, logrando una mayor
competitividad organizacional en el mundo globalizado actual. Además las empresas cumplen con la obligación social
de conservar el medio ambiente con procesos de mantenimiento limpios.
PALABRAS CLAVE: Sintéticos, energía, .selección, fricción.
1
TRIBOLOGIA: CALCULOS ECONOMICOS DEL AHORRO CON LUBRICANTES
SINTETICOS
Definición
Un lubricante sintético es un producto para el cual se puede utilizar como materia prima una base lubricante derivada
del petróleo o sustancias químicas debidamente balanceadas. Se puede definir como un producto elaborado a partir de
una reacción química entre varios materiales de bajo peso molecular para obtener otro de alto peso molecular, con
ciertas propiedades específicas, como las de poseer características lubricantes superiores a las de los aceites derivados
del petróleo. Se utilizan en donde estos no ofrezcan una protección confiable, ya sea porque operan a altas o bajas
temperaturas o en ambientes críticos.
Antecedentes
El desarrollo de los lubricantes sintéticos se ha debido principalmente a que cada día la maquinaria que se produce es
más sofisticada y los mecanismos trabajan bajo condiciones de operación más críticas, resultando insuficientes los
lubricantes minerales. A esto se suma la crisis energética, que ha creado la necesidad de formular y fabricar lubricantes
de larga duración. Las actividades militares y la industria aeroespacial han desempeñado un papel muy importante en
las nuevas formulaciones de este tipo de lubricantes.
Utilización
Los lubricantes sintéticos ameritan su utilización cuando se quieran ampliar las frecuencias entre relubricaciones,
reducir el consumo de potencia, disminuir la reposición de partes (repuestos) y alcanzar la máxima capacidad
productiva de la maquinaria. Antes de utilizarlos, es necesario analizar minuciosamente la conveniencia de su empleo
porque son más costosos que los derivados del petróleo, aunque bien utilizados, su costo real representa sólo una
mínima diferencia respecto al valor inicial de adquisición. El mayor costo se debe a los procesos químicos adicionales
a los que es necesario someter la base primaria para obtener el sintético deseado. El fabricante del lubricante sintético
seleccionado debe garantizar un suministro continuo y eficiente, al igual que debe tener equivalencias en otras marcas
(de fácil consecución), de tal manera que cuando este producto escasee en el mercado o el precio aumente
excesivamente, se pueda reemplazar en forma inmediata.
CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS
Los sintéticos existen desde hace más de 50 años. En su desarrollo, los alemanes jugaron un papel muy importante
durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la necesidad que tenían de obtener períodos más prolongados entre
cambios de aceite en sus equipos bélicos. El motor a reacción cambió la tecnología de la lubricación utilizada en los
motores radiales de pistón, al tenerse que emplear lubricantes sintéticos debido a las mayores temperaturas que se
presentan como resultado de las velocidades y cargas, cada vez más altas. Las ventajas principales que permiten que
estos lubricantes desempeñen correctamente su trabajo son:
•
Elevado índice de viscosidad (IV). Mayor de 100. Estos valores mantienen más estable la viscosidad del
aceite, a todas las temperaturas de trabajo del equipo, permitiendo que para la misma aplicación se pueda
utilizar un aceite más delgado, y una mayor evacuación del calor generado.
•
Excelente estabilidad térmica. Soportan altas temperaturas, sin descomponerse.
•
Buena resistencia a la oxidación. Cuando están sometidos a condiciones oxidables (alta temperatura,
humedad, gases y materiales catalizadores, como el cobre), presentan una menor rata de oxidación que los de
base de hidrocarburo, permitiendo prolongar las frecuencias entre relubricaciones, esto no sólo reduce el
costo del aceite, sino también el costo de cambiarlo. Esta característica se puede evaluar de acuerdo con el
TAN (número ácido total). Ver Figura siguiente.
2
Se observa cómo el aceite mineral se oxida más rápido que el aceite sintético a la misma temperatura
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
No son inflamables a altas temperaturas. Se elimina así cualquier posibilidad de explosiones.
Adecuada protección contra la corrosión en ambientes críticos.
Buena demulsibilidad. Se separan rápidamente del agua.
Baja tendencia a la formación de espuma.
Elevada conductividad térmica. Evacuan rápidamente el calor producido en el funcionamiento.
Alta adhesividad a las superficies metálicas. La película lubricante es polar, con una fuerte afinidad por los
metales, lo que hace que el lubricante en lugar de ser desplazado de la superficie metálica, se adhiera más a
ella, formando correctamente la película lubricante.
Alta miscibilidad a bajas temperaturas y baja solubilidad a altas, con todos los freones, en el caso de
los aceites para refrigeración.
Conservación de energía. Reducen el consumo de energía en los equipos, aproximadamente entre 7% y
12%, debido a la disminución del frotamiento mecánico. El roce genera calor y la temperatura muy elevada
del aceite indica desperdicio de energía. Al medirse la temperatura en pruebas similares con aceites minerales
y sintéticos, se observó que los sintéticos trabajan en promedio 11°C por debajo de los convencionales.
Bajo coeficiente de tracción. Por su estructura molecular, el coeficiente de tracción (una medida análoga al
coeficiente de rozamiento respecto a los sólidos) se puede proyectar con un valor más bajo que el de los
aceites minerales. Este parámetro es la relación entre la fuerza necesaria para mover un mecanismo lubricado
y la carga que soporta. La película lubricante que separa los componentes de una máquina ha de someterse a
esfuerzos de corte para permitir el movimiento relativo y cuanto mayor sea el coeficiente de tracción tanto
mayor será la fuerza de corte necesaria. A los coeficientes de corte altos puede deberse gran parte de la falta
de rendimiento en la transmisión de potencia. Los lubricantes sintéticos se formulan con bajos coeficientes de
tracción, o, menor resistencia al esfuerzo cortante, lo que hace que se requiera menor fuerza para el corte.
Permiten a los diseñadores obtener mayor potencia de las máquinas sin aumentar su tamaño.
CLASIFICACIÓN Y TIPOS
Al igual que los derivados del petróleo, se clasifican en industriales y automotrices.
Industriales
Los aceites se clasifican de acuerdo con el sistema ISO, en cSt, a 40°C, y las grasas en el sistema NLGI, en los mismos
grados de consistencia (en general 1, 2 y 3). Las grasas sintéticas están constituidas por un aceite sintético y un
espesador metálico, igual al empleado en las grasas a base de hidrocarburos (litio, sodio, calcio, aluminio, etc.).
Automorices
Su viscosidad se clasifica en el sistema SAE y su calidad en el API. Se emplean por lo regular también las
especificaciones militares de las fuerzas armadas norteamericanas (MIL-L).
Existe diversidad de estos productos. De acuerdo con las necesidades, se pueden clasificar en los siguientes grupos
genéricos: Hidrocarburos sintetizados, esteres orgánicos, poliglicoles, esteres de fosfato y otros
CASOS HISTORICOS
Es importante, cuando no hay experiencia en el uso de lubricantes sintéticos, documentarse bien sobre casos similares
donde se han aplicado, de manera que se tenga una idea clara sobre los inconvenientes que se pueden presentar y como
afrontarlos para obtener los resultados esperados. Se deben tener en cuenta las propiedades físico-químicas de los
3
aceites sintéticos, su compatibilidad con otros tipos de aceites y los posibles problemas que se pueden presentar con su
utilización. Algunos casos históricos pueden ilustrar sobre una correcta aplicación y desempeño del aceite sintético.
Caso histórico 1: Un fabricante de reductores sinfín-corona, observó que al utilizar un aceite sintético del tipo PAO,
en sus reductores, con relación de velocidad de 15:1, podía aumentar la potencia de entrada en un 15% sin que la
temperatura de operación variara significativamente.
Caso histórico 2: Los rodamientos de apoyo de los cilindros de secado de una máquina productora de papel
funcionaban a 90°C y se lubricaban con un aceite mineral parafínico de grado ISO 220 y con un IV de 100. El aceite
se oxidó y las gomas y depósitos que se formaron taponaron parcialmente los conductos de lubricación, con grave
riesgo para el buen funcionamiento de los rodamientos. El problema se resolvió implementando la utilización de un
aceite sintético del tipo PAO, de un grado ISO 100, y con un IV de 154, el eliminó la obstrucción de los conductos de
lubricación, y redujo la temperatura de operación de los rodamientos a 80ºC.
Caso histórico 3: La temperatura de operación de los reductores de velocidad de un tren laminador de tubos alcanzaba
los 100ºC, lo cual ocasionaba picaduras y descostrado en los rodamientos y engranajes de los reductores, cristalización
de los retenedores de aceite, formación de gomas, lacas y costras de carbón, causando elevados costos de
mantenimiento por lucro cesante, Horas-Hombre, consumo de repuestos y lubricantes. Con un sintético del tipo PAODiester, el problema quedó resuelto y el tren de laminación quedó funcionando a plena capacidad sin interrupciones.
Caso histórico 4: En la lubricación de los cilindros de alta y de baja presión de un compresor de Polietileno de baja
densidad se venía utilizando un aceite mineral puro ISO 320 a plena pérdida a razón de una rata de 10 gotas por
minuto; se decidió cambiarlo por uno del tipo PAG ISO 320 debido a problemas de calidad en el plástico que se
producía a partir del polietileno. Para hacer el cambio, se paró el compresor, se limpiaron las tuberías de conducción
del aceite hasta cada punto de lubricación y se limpió el depósito de aceite para lubricación de los cilindros.
Desafortunadamente la limpieza no se hizo correctamente en los conductos y orificios de salida de aceite hasta los
cilindros, quedando trazas de carbón y gomas del aceite mineral utilizado, las cuales fueron removidas por el aceite
sintético del tipo PAG, que entre otras propiedades importantes, se caracteriza por ser altamente detergente, dando
lugar al taponamiento de dichos orificios e interrumpiendo el flujo de aceite al cilindro de presión intermedia lo cual
originó que el pistón de esta etapa se agarrotará y rayara el cilindro y el compresor saliera de servicio por espacio de
tres días. El lucro cesante, incluyendo los costos de mantenimiento fue de US $300.000 (costo real). Finalmente, el
Departamento de Mantenimiento de la empresa decidió no volver a utilizar el aceite sintético del tipo PAG por
considerar que "no era el adecuado" para este tipo de aplicación, a pesar de que en varias empresas similares a nivel
mundial se esta utilizando con excelentes resultados. En este caso el problema radicó en la falta de limpieza de los
orificios de salida del aceite hasta los cilindros, la cual si no se efectúa en una reparación completa que se le haga al
compresor es muy difícil de asegurar que queden limpios, por lo tanto en casos como éste, no es recomendable
cambiar un aceite mineral por uno sintético del tipo PAG mientras no se garantice una absoluta limpieza, de todos los
conductos a través de los cuales fluye el aceite.
Caso histórico 5: Como argumento a la Gerencia General de una empresa para que utilizara un aceite sintético del
tipo PAO en lugar del parafínico que venían utilizando de un grado ISO 220 EP con un IV de 100 y a una temperatura
de operación de 90°C, en los dos reductores de velocidad que le transmitían la potencia a dos extrusores, fue el de que
dicho aceite sintético permitiría ahorrarle a la empresa 6 amperios por reductor de velocidad, lo cual representaría un
ahorro total anual de U$2.000 por menor consumo de energía por fricción.
La prueba se llevó a cabo y la utilización definitiva del aceite sintético quedó sujeta a que en la práctica se comprobara
el ahorro de energía por menor fricción propuesto. La prueba se montó con aceite sintético de la misma marca que el
mineral utilizado y de un grado ISO 220 EP con un IV de 165. Una vez que los reductores de velocidad empezaron a
funcionar con el aceite sintético el consumo de energía en lugar de disminuir los 6 amperios propuestos, aumentó en
15 amperios más y la temperatura aumentó y se estabilizó en 112°C.
Naturalmente, con estos resultados se perdió la credibilidad por parte de la Gerencia General de la empresa, sobre los
beneficios de utilizar lubricantes sintéticos en sus reductores de velocidad. Una vez analizado el problema se llegó a la
conclusión que el aceite sintético al tener un IV de 165 versus 100 del aceite parafínico y al utilizar el mismo grado
ISO, a una temperatura de trabajo, de 90°C, la viscosidad de trabajo del sintético es mucho mayor que la de diseño,
dando lugar a un elevado incremento en la fricción fluida dentro de la película lubricante con lo que el consumo de
energía por fricción fluida en lugar de disminuir aumentó al igual que la temperatura de trabajo. En este caso fue
4
necesario recalcular el grado ISO del aceite sintético a utilizar, en un gráfico Viscosidad-Temperatura. El sintético
requerido del tipo PAO, fue ISO 150 EP, con el cual una vez que se implementó se lograron los objetivos propuestos.
Caso histórico 6 : Luego de hechos los cálculos de la viscosidad requerida y de seguir los procedimientos del caso, se
implementó en los 8 reductores de velocidad de una torre de enfriamiento un aceite sintético del tipo PAG. Se le dio al
personal de operaciones la capacitación necesaria sobre el buen uso de los aceites sintéticos y de los problemas que se
podían presentar en los reductores de velocidad si se mezclaba el aceite sintético del tipo PAG con el parafínico. Se
colocaron avisos junto a las escaleras de acceso a la torre de enfriamiento y en la parte exterior de los conos donde van
alojados los reductores de velocidad con la leyenda, ADVERTENCIA: NO MEZCLAR EL ACEITE SINTÉTICO
CON EL MINERAL YA QUE SE PRODUCIRÁ LA FALLA CATASTRÓFICA DEL REDUCTOR
En la parte alta de la torre de enfriamiento quedó un tambor de 55 galones de aceite mineral a la espera de poder
bajarlo mediante la utilización de una grúa ya que por la altura de la torre (20 metros aproximadamente) resultaba
bastante dispendioso hacerlo manualmente; en la parte inferior de la torre de enfriamiento quedó un tambor de 55
galones de aceite sintético, para que el operador sacara la cantidad de aceite que necesitara en caso de que el nivel de
aceite en los reductores disminuyera por alguna causa. Aproximadamente a los tres meses de trabajo de los reductores
con el aceite sintético, se frenó uno de ellos intempestivamente quedando agarrotados los ejes de entrada y de salida.
Se inspeccionó el reductor y se encontró completamente llenó de una brea similar al asfalto, la cual una vez analizada
en el laboratorio se constató que era la reacción química entre el aceite sintético del tipo PAG y el mineral.
Una vez que se llevó a cabo el análisis de falla respectivo se llegó a la conclusión que los operadores de la planta,
inicialmente cuando a los reductores de velocidad les faltaba aceite, subían la cantidad requerida desde la parte inferior
de la torre de enfriamiento hasta donde se hallaban ubicados los reductores de velocidad, pero luego de un
determinado tiempo, uno de los operadores, para ahorrar tiempo y esfuerzo, optó por no volver a subir aceite sintético
sino aplicarle del mineral que estaba ubicado en la parte superior de la torre de enfriamiento hasta que como era obvio
se presentó la falla del reductor de velocidad por la incompatibilidad de estos dos aceites. Una vez ocurrida la falla del
reductor se inspeccionaron los demás reductores y se encontraron igualmente con abundante cantidad de asfalto, lo que
hizo necesario parar uno a uno, lavarlos con un solvente y aplicarles nuevamente el aceite sintético.
Caso histórico 7: Se decidió utilizar un aceite sintético del tipo PAO con aditivos EP a base de Bisulfuro de
Molibdeno, en la lubricación de un reductor de velocidad. Los engranajes y rodamientos del reductor se lubricaban por
circulación a presión mediante una bomba de engranajes acoplada al eje de baja velocidad. La tubería del circuito de
lubricación era de material de cobre, de ¼” de diámetro, el cual es un catalizador de la reacción de oxidación del
aceite, por lo que se decidió cambiarla por material de acero inoxidable. Los diferentes componentes del sistema de
circulación de aceite, como codos, tees, tramos de tubería, etc, se soldaron con soldadura de plata.
A pocos días de trabajo del reductor con el aceite sintético, los diferentes componentes del sistema de lubricación se
desacoplaron y algunos tramos de la tubería de ¼” se introdujeron entre los dientes de los engranajes dando lugar a la
rotura de los dientes y a la falla catastrófica del reductor. Hecho el análisis de falla se encontró que la soldadura de
plata es incompatible con el Bisulfuro de Molibdeno estaba presente como aditivo EP en el sintético que se utilizó. El
Bisulfuro ataca la soldadura de plata, la descompone y hace que los elementos soldados con ella se desacoplen.
Caso histórico 8: El sistema de soporte del horno rotatorio de una compañía, está constituido por tres ruedas lisas
soportadas en tres rodillos y el de transmisión por una corona y piñón de dientes rectos. La corona se encuentra
montada alrededor del cilindro del horno y recibe la potencia de un piñón soportado en dos cojinetes lisos, el cual a su
vez es accionado por un reductor de velocidad. Un motor eléctrico de velocidad variable le da la potencia requerida al
reductor para mover el horno, de acuerdo con las necesidades de producción que se tengan. El aceite originalmente
utilizado en la lubricación de la corona y piñón era el recomendado por el fabricante del horno rotatorio, pero debido a
variaciones en las condiciones operacionales del horno, que implicaban un aumento significativo del torque requerido,
a mayores velocidades de trabajo, se recomendó cambiar el tipo de aceite utilizado, por otro de la misma marca y
especificaciones, pero de un grado ISO 1500 EP.
A los pocos meses de haber implementado el nuevo aceite, se empezó a observar en los flancos de los dientes de la
corona y piñón del horno, un desgaste adhesivo progresivo a la altura del adendo, dedendo y diámetro de paso, siendo
más pronunciado en la parte central del adendo de la corona y de manera uniforme en todos los dientes.
Adicionalmente en el adendo de los dientes de la corona había presencia de macropitting y micropitting, con
desprendimiento de partículas metálicas pequeñas y grandes, al igual que grietas longitudinales, principalmente, a lo
largo de los dientes del piñón, debido a los mayores ciclos de tensión y compresión a los cuales están expuestos dichos
dientes. El aceite presentaba oxidación prematura, con contenidos apreciables de gomas, lodos y costras de carbón.
5
Como parte del análisis del problema de desgaste que se presentó en los dientes de la corona y piñón, se cálculo la
viscosidad del aceite requerido y la capacidad de carga del aditivo EP del aceite utilizado. De los cálculos efectuados,
se encontró que la viscosidad del aceite utilizado originalmente de un grado ISO 680 EP, y recomendado por el
fabricante del horno, estaba de acuerdo con la del aceite calculado, y para las nuevas condiciones operacionales del
horno, era factible utilizar un aceite del mismo grado ISO. Se concluyó por lo tanto, que los problemas de desgaste
adhesivo, macropitting y micropitting presentados no fueron causados por falta de viscosidad del aceite utilizado que
era de un grado ISO 1500 EP. Por el contrario, al utilizar un aceite de una viscosidad mayor que la requerida, este
causaba problemas de desgaste erosivo, en los dientes de la corona y piñón. Posteriormente se calculó la capacidad de
carga que debía tener la película límite del aditivo EP del aceite requerido, y se encontró que la del aditivo EP del
aceite utilizado era inferior a la calculada de acuerdo a las condiciones operacionales del horno. De acuerdo con la
prueba de 4 bolas, según el método ASTM D2783, la carga a la soldadura del aditivo EP del aceite utilizado de grado
ISO 1500 EP era de 250 Kg, versus 357,79 Kgf, que era la requerida. De los análisis hechos se concluyó lo siguiente:
1. El aceite utilizado, grado ISO 1500 EP no se podía utilizar para las nuevas condiciones operacionales del horno.
2. El desgaste adhesivo en los dientes de corona y piñón, fue el resultado de la capacidad de carga a la soldadura del
aceite de grado ISO 1500EP utilizado, inferior a la requerida, debido a las nuevas condiciones operacionales del horno.
3. Al presentarse un aumento en el torque requerido para accionar el horno, la temperatura en el punto de engrane de la
corona y piñón se incrementó a 120°C, ocasionando la oxidación acelerada del aceite utilizado, dando lugar a la
formación de gomas, lodos y carbón.
4. La utilización de un aceite de grado ISO 1500 EP, no aumentó la capacidad de carga a la soldadura de la película
EP, ya que ésta solo depende del tipo de aditivo EP y no de la viscosidad del aceite utilizado.
5. Para mantener el desgaste de la corona y piñón en una situación estable, se recomendó utilizar un “aceite de
reparación”, con aditivos EP de 3ra generación, de grado ISO 680.
SELECCIÓN DEL LUBRICANTE SINTETICO
En la selección de un lubricante sintético, para una aplicación especifica, se deben tener en cuenta parámetros de
diseño como la carga, velocidad, temperatura de operación, condiciones ambientales y la aplicación en la cual se
quiere implementar este tipo de lubricantes. Ante todo y bajo cualquier circunstancia, se debe justificar su empleo y al
hacerlo es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos:
•
Menor consumo de energía mediante el control de la fricción fluida ó EHL
•
Reducción del desgaste.
• Disminución de la temperatura de trabajo.
• Reemplazo de varios grados ISO por uno solo.
• Altas frecuencias entre cambios de aceite.
• Compatibilidad con los productos que se están procesando (telas, alimentos, etc).
• Menos paros en la producción.
• Control de la herrumbre y de la corrosión.
• Resistencia a contaminantes, como gases de hidrocarburo (propano, isobutano, etileno, H2S), agua, sal,
ácidos, etc.
• Alta detergencia y capacidad de limpieza naturales.
Cualquiera de estos factores es altamente influyente a la hora de tomar la decisión de utilizar un lubricante sintético,
quizás unos más que otros, pero todos ellos se deben tener en cuenta por igual. Tal es el caso, por ejemplo, de un
soplador de lóbulos en el cual los rodamientos y engranajes trabajan a una temperatura de 80°C, temperatura a la cual
es factible la utilización de un aceite mineral, pero asumiendo los inconvenientes que esta decisión conlleva, como:
frecuencias entre cambios de aceite muy cortas, debido a su rápida oxidación (mes y medio en promedio); formación
de gomas, lo cual hace necesario lavar internamente los rodamientos y engranajes cada vez que se cambie el aceite;
interrupción de la producción al parar el soplador por el cambio del aceite, siendo en algunos casos hasta de 4 horas,
con los trastornos visibles para el sistema productivo de la empresa. Como se puede apreciar en este caso, a pesar de
que el factor temperatura es crítico, éste no surge como definitivo cuando se trate de implementar un lubricante
sintético, ya que se puede convivir con los inconvenientes que conlleva el uso de un aceite mineral. Sin embargo, es
bueno anotar que su utilización resultaría más económica porque serían mayores los intervalos del cambio de aceite, y
en lugar de hacerlo cada mes y medio se haría cada siete meses y medio aproximadamente (la frecuencia real la darían
los análisis de laboratorio); no sería necesario lavar internamente los mecanismos del soplador, ya que los aceites
sintéticos no forman gomas ni barnices y no habrían paros innecesarios en la producción.
6
La suma de estos factores (no se han tenido en cuenta ventajas tan importantes como la reducción del consumo de
energía por menor fricción fluida ó EHL, ni la disminución del desgaste), justifica con creces el empleo de un aceite
sintético, en lugar de uno derivado del petróleo. En otras situaciones como en el caso de los rodamientos de un motor
eléctrico que trabajan a 60°C, la justificación de utilizar una grasa sintética en su lubricación estaría fundamentada en
las altas frecuencias entre reengrases, mientras que en la lubricación de un compresor de tornillo de cámara de
compresión húmeda, que comprime gas propano, no habría más alternativa que la de utilizar un aceite sintético del
tipo Polialkileneglicol. En situaciones como ésta se requiere que a altas temperaturas el aceite no sea miscible con el
gas para evitar problemas de dilución y la pérdida de viscosidad del aceite. En este caso, de no utilizarse un sintético,
se tendría que cambiar el aceite mineral, con tal frecuencia que no sería factible operar económicamente el compresor;
y por otro lado se correrían riesgos al operarlo, porque al presentarse la dilución del aceite por el gas, su punto de
inflamación se reduciría hasta valores extremadamente peligrosos, haciendo que el compresor en cualquier momento
se pueda incendiar. El hecho de que un lubricante sea sintético, no quiere decir que se pueda utilizar para cualquier
condición de operación, en otras palabras un lubricante sintético no se puede considerar como el “lubricante
milagroso”, ya que donde el uso de un lubricante sintético da excelentes resultados, otro puede acarrear consecuencias
catastróficas en el funcionamiento del equipo.
Otra característica de algunos tipos de aceites sintéticos es su tendencia a ablandar los cauchos como el Nitrilo y el
Buna N, los cuales se utilizan en la fabricación de la mayoría de los retenedores en los equipos industriales. El Nitrilo
es un excelente material empleado con la mayoría de los aceites y grasas minerales. El Nitrilo se recomienda para
temperaturas de operación continua entre -54° y 107°C (-65° y 225°F) e intermitente hasta 121°C (250°F). El código
de este material en el labio del retenedor es R. Los lubricantes sintéticos con los Nitrilos muestran una tendencia que
varía de ligera a fuerte, a atacar los Nitrilos (excepto en el caso de las polialfaolefinas, que prácticamente no muestran
ninguna tendencia), lo que hace necesario reemplazarlos por fluoroelástomeros como el Viton. Estos materiales
resisten temperaturas entre -40°C hasta 204°C (-40° y 400°F), productos químicos y todos los tipos de lubricantes
minerales y sintéticos. Ofrecen un funcionamiento y vida de servicio excepcionales. Se identifican con el código V en
el labio del retenedor. El Viton presenta entre otras características, excelente funcionamiento en seco, baja expansión
y buena resistencia a la abrasión
ASPECTOS QUE SE DEBEN TENER EN CUENTA AL IMPLEMENTAR UN ACEITE SINTETICO
Siempre que se cambie un aceite mineral por uno sintético, es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos:
• Los lubricantes sintéticos se clasifican con los mismos sistemas de los lubricantes minerales, esto es con el
ISO, AGMA, NLGI y para los análisis de laboratorio con las normas ASTM.
• Calcular la Relación Costo-Beneficio, para verificar la viabilidad de la utilización del lubricante sintético.
• Seleccionar correctamente el grado ISO del aceite sintético, ya que no necesariamente el grado ISO del aceite
sintético debe ser igual al del mineral que se ha venido utilizando.
• Si el aceite ó la grasa mineral son del tipo de Extrema Presión, el aceite ó la grasa sintética deben contar
también con este tipo de aditivos.
• Verificar que los retenedores y empaquetaduras del equipo (reductor de velocidad, compresor, etc) sean
compatibles con el aceite sintético, en caso contrario se deben cambiar por material de Viton.
• En equipos nuevos, se deben utilizar después del proceso de asentamiento ó de “despegue” de los diferentes
mecanismos, debido a que la película límite que forma el sintético es más resistente al corte y si se utilizara
desde un principio dicho proceso se demoraría mucho más, limitando la capacidad productiva del equipo.
• En el caso de motores de combustión interna se deben utilizar a partir de los 5.000 kilómetros recorridos y en
las máquinas industriales después de 2.000 horas de trabajo continuo.
• Debido a la alta detergencia natural de los aceites sintéticos, es necesario que el mecanismo en donde se vaya
a implementar, esté completamente limpio y exento de toda traza del aceite mineral que se venía empleando,
de lo contrario se corre el riesgo de que se presente una falla grave en el equipo, por la presencia de
contaminantes producto del aceite mineral. Puede ocurrir, que el aceite sintético lave estos contaminantes, y
los represe en algún punto del sistema de lubricación, taponándolo u obstruyéndolo totalmente, dando lugar a
la falla del equipo. Para evitar problemas con la alta detergencia de los sintéticos, se recomienda usarlos una
vez se le realice un mantenimiento completo al equipo, garantizándose así una limpieza total de los diferentes
mecanismos que lo conforman. El término “limpieza” en este caso es que las superficies de los mecanismos
queden totalmente exentas de cualquier traza del aceite utilizado anteriormente y de agentes externos.
•
Verificar su compatibilidad con los aceites minerales, ya que en caso de que no lo sean, por ejemplo los
PAG, las precauciones que es necesario tomar son más extremas.
7
•
•
•
•
Nunca se debe completar el nivel de aceite con otro sintético diferente al que se está utilizando, ni mucho
menos con uno derivado del petróleo ó mineral.
Se debe chequear periódicamente el nivel del aceite en los mecanismos lubricados debido a que algunos tipos
de aceites sintéticos se evaporan con facilidad.
Se debe capacitar al personal de mantenimiento y de operaciones, en la selección y uso de los aceites
sintéticos, los cuidados a tener en cuenta y los problemas que se pueden presentar con su uso incorrecto.
Es necesario marcar los equipos con el nombre, grado ISO (si contiene ó no aditivos de Extrema Presión) y
marca del aceite sintético utilizado en el equipo.
CALCULO DE LA RELACIÓN COSTO-BENEFICIO
Cuando se emplea un aceite sintético para una aplicación específica es necesario calcular la relación Costo-Beneficio
anual que se va a lograr con su aplicación. En ocasiones es factible que no sea económicamente viable su utilización.
En la Tabla siguiente se especifican los diferentes parámetros que es necesario tener en cuenta en la relación CostoBeneficio anual y su incidencia económica en la toma de decisiones.
No
Parámetro analizado
Tipo de Aceite
Mineral
Sintético
B
A
B
A
I
I
B
A
A
B
I
I
N
A
A
B
A
B
I
I
A
B
A
B
NM
A
NM
A
NM
B
A
N
B
N
B
N
NM
A
B
A
A
B
01
Tiempo entre cambios de aceite, meses.
02
Costo del galón de aceite, US $.
03
Volumen total de aceite del equipo, galones.
04
Costo del volumen total de aceite, US $.
05
Consumo de energía por fricción, Kw-hr.
06
Costo del Kw-hr, US $.
07
Ahorro total por menor consumo de energía, US $.
08
Paradas de planta (mantenimiento y reparación)
09
Consumo de combustible
10
Costo H-H, US $.
11
H-H para cambio de aceite y limpieza interna del equipo.
12
Costo total H-H para cambio de aceite y limpieza interna del equipo.
13
Protección contra el desgaste
14
Vida útil de equipos
15
Consumo de repuestos
16
Cantidad de producto para limpieza interna del equipo, galones.
17
Costo del galón del producto de limpieza, US $.
18
Costo total producto de limpieza, US $.
19
Confiabilidad de los equipos y de los procesos
20
Biodegradabilidad.
21
Toxicidad
Notas: (1) A: Alta. (2) B: Baja. (3) I: Igual. (4) N: Ninguna. (5) NM: Normal
Relación Costo-Beneficio anual al utilizar un aceite sintético
Tiempo entre cambios de aceite: con el sintético normalmente es de cuatro a cinco veces mayor
Costo del galón de aceite: el sintético puede ser entre tres y seis veces mayor que el mineral
Consumo de energía por fricción: El sintético consume de 7% a 10% menos que el mineral
Paradas de planta: el sintético protege mejor el equipo y baja notablemente el número de paradas de planta
necesarias por mantenimiento o reparaciones
Consumo de combustible: con el sintético se ahorra entre 3% y 5%, con respecto al mineral
Costo total H-H para cambio de aceite y limpieza interna del equipo: el sintético presenta menores frecuencias de
cambio y mantiene más limpio el equipo. El costo por este concepto es notablemente inferior
Protección contra el desgaste: es mucho mayor con el sintético (se determina con el análisis periódico del aceite)
Vida útil de equipos: el sintético, bien seleccionado y utilizado, garantiza que como mínimo se alcanza la vida útil de
diseño del equipo
Consumo de repuestos: con los aceites sintéticos el costo por este concepto es drásticamente menor
Costo total producto de limpieza: es prácticamente nulo con el uso de los sintéticos
8
Confiabilidad de los equipos y de los procesos: El tiempo medio entre fallas se va a aumentar notablemente, lo
mismo que otros indicadores van a dar cuenta del aumento de la confiabilidad.
Biodegradabilidad: Algunos lubricantes sintéticos son biodegradables, y sus efectos en el ecosistema con respecto a
los minerales, en cuanto a cantidad de usados que se producen, son notablemente menores
Toxicidad: es notablemente menor en los sintéticos por su compatibilidad con los materiales que se trabajan
ASPECTOS AMBIENTALES DE LOS ACEITES MINERALES Y SINTÉTICOS. ANTECEDENTES
Todo residuo o desecho que pueda causar daño a la salud o al medio ambiente es considerado como un residuo
peligroso; fundamento por el cual los gobiernos y la sociedad civil en general tienen la responsabilidad de promover la
adopción de medidas para reducir al máximo la generación de estos desechos, así como establecer políticas y
estrategias para que su manejo y eliminación se ejecuten sin menoscabo del medio ambiente y se reduzcan sus
propiedades nocivas mediante técnicas apropiadas. Tal es el caso de materiales sintéticos, gomas, neumáticos, residuos
de madera, aceites de motor usados, residuos petroquímicos y fangos asfálticos, entre otros, porqué su composición
química están generando cada vez mayores peligros para los seres vivos. Al unísono, en el mundo han hecho su
aparición en los últimos años, nuevos procesos y tecnologías que permiten la reutilización o reciclaje de residuos o
desechos peligrosos, transformándolos en sustancias susceptibles de ser utilizadas o aprovechadas ya sea como materia
prima o como energéticos.
PROBLEMÁTICA COLOMBIANA
En el país se generan al año grandes volúmenes de aceites usados, provenientes del consumo de lubricantes por el
sector automotor, de aceites de proceso y aceites de transformadores, entre otros. Esta realidad llevó al gobierno
nacional a emprender un análisis cualitativo y cuantitativo de las actividades realizadas en la cadena comercial de este
residuo (generación, almacenamiento, mezcla, recolección, transporte y disposición final), encontrándose resultados
inquietantes que atañen al sector energético por las prácticas de disposición final, ya que los aceites usados se están
utilizando como combustibles en forma indiscriminada y sin tratamiento, por la pequeña y mediana industria.
En Colombia cada año se generan cerca de 1,2 millones de barriles de aceite usado, de los cuales se ha calculado un
potencial de recuperación cercano a los 420.000 barriles. Aproximadamente 540 BPD (barriles por día) son
incorporados al mercado de los combustibles, particularmente en hornos y calderas de industrias medianas y pequeñas,
como talleres de fundición, talleres de metalmecánica, pequeños chircales, textileras, siderúrgicas pequeñas, fábricas
de confecciones, etc. y en el sector de servicios especialmente en las lavanderías.
Por desconocimiento de procedimientos técnicos para su adaptación, por ausencia de normas sobre su reutilización
industrial, por la carencia de estándares de consumo en calderas, hornos y secadores y por el mercado negro existente
con estos productos, se presume que los manejos dados a los aceites usados y en general a este tipo de energéticos
alternativos, son inadecuados, no solo ambiental, sino técnicamente. Estos procedimientos generan la degradación del
medio ambiente por la cantidad de contaminantes, en especial aquellos asociados con contenidos de metales como
arsénico, cadmio, cromo, plomo y antimonio, que son emitidos a la atmósfera durante el proceso de combustión. Estos
compuestos químicos producen efecto directo sobre la salud humana y varios de ellos son cancerígenos. La adopción
de planes y programas tendientes a lograr un apropiado manejo, recolección, transporte y aprovechamiento de este
residuo, se traducirá en beneficios económicos, energéticos, ambientales y sociales, por la liberación de energéticos
tradicionales que pueden ser exportados, por la opción de una nueva alternativa de disposición, por la remoción de
contaminantes especialmente los metales pesados y por la generación de un mercado formal que elimine su carácter de
residuo peligroso, fomentando así la participación de los diferentes actores, entre ellos la ingeniería mecánica para su
recuperación, acopio y tratamiento. Cuando se reemplazan lubricantes minerales por sintéticos, se opta por una de las
soluciones a los problemas planteados, ya que disminuye la cantidad de residuos de aceites usados, además algunos de
los sintéticos son biodegradables y su aplicación no genera los efectos nocivos de los aceites minerales.
BIBLIOGRAFIA
1.
2.
3.
4.
ALBARRACIN, Pedro. Tribología y lubricación industrial y automotriz.Litochoa, 1993.
BENITEZ, Luis. Apuntes del curso Tribología. Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad
Nacional de Colombia, 2004.
GOODING, Nestor. Lubricación Industrial. Universidad Nacional, 1998.
www.upme.gov.co
9