Propiedades químicas de los lubricantes

Por José Javier
López

1. Acidez y
   basicidad
2. El número de
   neutralización
3. Residuo
   carbonoso
5. Tensión
   interfacial
6. Corrosión al
   cobre
7. Detergencia y
   dispersancia
8. Punto de
   anilina
9. Cenizas
10. Resistencia de
    película
11. Gases en
    aceite
12. Agua
13. Disolventes y líquidos de
    proceso
14. Partículas
    sólidas
15. Compatibilidad

Acidez y basicidad

La acidez o alcalinidad de un lubricante es una de las
propiedades mas definitorias del mismo. En los aceites nuevos nos
da información sobre el grado de refino y la
aditivación del aceite. En los aceites usado nos aporta
datos sobre su
nivel de degradación (oxidación, contaminación, estado de sus
aditivos, etc.) y puede alertarnos sobre posibles problemas en
el sistema de
lubricación.

En un aceite podemos tener simultáneamente
datos de
acidez y alcalinidad. Esto es debido al carácter
ácido y básico de sus componentes, tales como
productos de
la oxidación (ácidos) o
aditivos detergentes (básicos). Estas sustancias
están en proporción lo bastante baja como para no
neutralizarse mutuamente.

Acidez

En química se llama
ácido a cualquier sustancia (orgánica o
inorgánica) que contiene hidrógeno junto con un
no-metal o un radical no metálico y que produce iones
hidrogenión al diluirse en agua.

El carácter
ácido de un lubricante viene determinado por la presencia
de sustancias ácidas en el aceite.

Podemos distinguir dos tipos de acidez en el
aceite:

• Acidez mineral, originada por ácidos
  residuales del refino.
• Acidez orgánica, originada por productos de
  la oxidación y los aditivos.

Durante su uso, el aceite es sometido a temperaturas
elevadas y a esfuerzos mecánicos. Esto tiene como
resultado la degradación progresiva del aceite,
produciéndose cambios en la composición del aceite.
Se originan sustancias como resultado de la oxidación y se
reduce la capacidad protectora de los aditivos. Este proceso se
acelera al acercarse el final de la vida operativa del aceite, lo
que puede dar lugar a la formación de lodos, barnices y
depósitos carbonosos en el sistema,
disminución de la viscosidad del
aceite y hasta corrosión en piezas metálicas. Por
ello, la variación de la acidez del aceite es un buen
indicador de su nivel de degradación.

El grado de acidez tolerable depende del tipo de aceite
y de sus condiciones de utilización, si bien no deben
sobrepasarse los límites
establecidos para el aceite para evitar daños en los
equipos o problemas de
funcionamiento. Un incremento brusco en la acidez es un
indicativo de problemas tales como contaminación, pérdidas en sellos,
incremento de la fatiga térmica o mecánica o pérdida de la capacidad
de los aditivos.

Basicidad

En química se llama base
a aquella sustancia que al reaccionar con un ácido da sal
más agua.

La alcalinidad de los aceites es debida a los aditivos
que se incluyen en la formulación del mismo. Su función es
la de neutralizar los ácidos producidos por la
oxidación (y en el caso de los motores de
combustión interna , los producidos por la
combustión de combustible con alto
contenido de azufre), evitando los efectos nocivos que tiene la
presencia de ácidos en el aceite y prolongando la vida del
mismo.

Al igual que ocurre con la acidez, la basicidad es un
indicativo del nivel de degradación del aceite, aunque en
sentido opuesto: la alcalinidad del aceite nuevo es alta, y va
bajando según el aceite se degrada al ser neutralizados
los ácidos que se forman por los aditivos
alcalinos.

Un bajo nivel de alcalinidad indica que el aceite esta
llegando al final de su vida útil. Un rápido
descenso de la alcalinidad es indicativo de un exceso de
formación de ácido debido a la oxidación,
sobrecalentamiento, o uso de combustible con alto contenido de
azufre.

El número de
neutralización

Se llama número de neutralización al la
cantidad de ácido o base necesario para neutralizar una
muestra de
lubricante. Puede expresarse de 4 posibles formas:

• Número de ácido total (TAN): es la
  cantidad de hidróxido potásico (KOH) en mg
  necesaria para neutralizar todos los ácidos de una
  muestra de 1
  gramo de aceite)
• Número de ácido fuerte (SAN): es la
  cantidad de hidróxido (KOH) en mg necesaria para
  neutralizar los ácidos fuertes (inorgánicos)
  presentes en una muestra de aceite de 1 gr. Este valor
  corresponde al valor de la
  acidez mineral. La diferencia entre el TAN y el SAN corresponde
  al valor de la acidez orgánica (ácidos
  débiles).

Estos dos valores nos
indican el nivel de acidez de un aceite.

• Número de base total (TBN): es la cantidad de
  ácido clorhídrico (HCl) en mg necesaria para
  neutralizar los componentes alcalinos de una muestra de 1 gr.
  de aceite. Se utiliza en aceites de motor.
• Número de base fuerte (SBN): es la cantidad de
  KOH en mg necesaria para llevar una muestra de 1 gr. de aceite
  a pH
  11.

Estos valores nos
indican el nivel de alcalinidad de un aceite.

Residuo
carbonoso

El residuo carbonoso es la cantidad de material, en % de
peso, que queda tras someter una muestra de aceite a
evaporación y pirolisis (altas temperaturas).

Nos orienta sobre la tendencia a la formación de
depósitos carbonosos del aceite, si bien los resultados
obtenidos en el laboratorio
han de ser tomados con cautela, ya que debe existir similitud
entre las condiciones de ensayo y las
de servicio del
aceite. Esta en funcion de la viscosidad y de
la naturaleza
química del aceite. Así, los aceites
naftalénicos dejan menos residuos que los
parafínicos, por ejemplo. De igual modo, la
composición química del aceite determina el aspecto
del residuo: los aceites parafínicos dejan un residuo de
grano grueso y adherente, mientras que los naftalénicos
dejan un residuo de grano fino y poco adherente.

Siempre es deseable que el aceite deje la menor cantidad
posible de residuos.

Esta característica es de especial
significación en los aceites para rodamientos, herramientas
neumáticas, compresores de
aire, motores de
combustión interna, aceites para laminación y para
refrigeración.

Oxidación

La oxidación es un proceso de
degradación química que afecta a la mayor parte de
los materiales
orgánicos. Básicamente consiste en la
asimilación de átomos de oxígeno
por parte de las sustancias constituyentes del lubricante, lo que
conlleva la degradación de las mismas y la pérdida
paulatina de características y prestaciones
del aceite. Este proceso se ve favorecido por el calor, la
luz, el agua y la
presencia de contaminantes.

El mecanismo de la oxidación

Normalmente, el proceso de oxidación se inicia
tan pronto como es puesto en servicio el
aceite. Los primeros productos de la oxidación son
peróxidos orgánicos, que en principio no son
dañinos, pero que en poco tiempo comenzaran
a actuar como catalizadores, acelerando exponencialmente el
proceso de oxidación. A continuación se formaran
resinas, alcoholes,
aldehídos, cetonas y ácidos
orgánicos.

Algunas de estas sustancias son solubles en un
principio, pero al entrar en contacto con superficies muy
calientes se vuelven insolubles, o tienen afinidad entre ellas y
se depositan formando lodos; otros, como los alcoholes y
las cetonas, son disolventes y pueden atacar a elementos del
sistema hechos de material orgánico, los ácidos
orgánicos pueden atacar a elementos metálicos,
corroyéndolos. Del mismo modo, las sales metálicas
formadas por la corrosión de los metales
también son catalizadores, al igual que el agua, cuya
presencia se ve favorecida por los ácidos y otros
sustancias polares que tienen afinidad por ella. Al mismo
tiempo, la
aparición de estas sustancias hace que el agua se mezcle
más fácilmente con el aceite.

Algunos metales, como el
cobre,
también actúan como catalizadores; estos metales
proceden de partículas metálicas, disueltas en el
aceite y originadas por el desgaste de elementos metálicos
del sistema (bombas, pistones,
etc.). Estas partículas, además, pueden atacar a
los aditivos, inutilizándolos, y erosionar
mecánicamente algunas partes del sistema.

Bajo ciertas condiciones, es el nitrógeno el que
reacciona con las moléculas del aceite: esto provoca la
nitración del aceite y la formación de
barniz.

Factores que favorecen la
oxidación

El calor es un
factor determinante en el proceso de oxidación. La tasa de
oxidación es relativamente baja por debajo de 85ºC,
duplicándose por cada incremento de 10º en la
temperatura.
Por encima de los 315ºC el aceite se descompone
térmicamente: comienzan a formarse sustancias insolubles y
se degradan los aditivos.

La radiación
ultravioleta que contiene la luz natural
facilita la rotura de ciertos enlaces atómicos
débiles en algunas moléculas. Estos enlaces rotos
se ven rápidamente completados con átomos de
oxígeno.

El agua y algunos contaminantes pueden actuar como
catalizadores de la reacción de oxidación. En
concreto el
agua puede disolver a los aditivos antidesgaste (como el
bisulfuro de molibdeno), disolviéndolos y produciendo
ácidos sulfúrico y sulfhídrico. En los
motores de combustión interna el agua puede reaccionar con
los gases de
escape y producir ácidos.

Consecuencias

La oxidación del aceite provoca:

• aumento de la viscosidad, pudiendo llegar a ser doble
  incluso triple que le del aceite nuevo.
• oscurecimiento del aceite, pasando del tono
  traslucido original a ser totalmente opaco.
• formación de depósitos carbonosos,
  aunque esto ocurre en fases avanzadas de la
  oxidación.
• aumento de la acidez del aceite, debido a los
  productos ácidos que se forman.

La oxidación es un fenómeno que reduce la
vida el aceite. Por desgracia, dada la naturaleza
química de los productos de la oxidación, la mayor
parte de estos no pueden ser eliminados mediante el filtrado
simple del aceite. Sólo con métodos
avanzados pueden eliminarse estas sustancias: los ácidos y
otras sustancias polares insolubles (como el barniz) pueden
eliminarse mediante separadores electrostáticos, resinas
de intercambio de iones y alúmina activada; los
absorbentes de alta densidad, tales
como la celulosa comprimida, son efectivos para eliminar lodos y
otras sustancias insolubles. Al ser algunas de estas sustancias
catalizadores, su eliminación contribuye a prologar la
vida del aceite.

Desde el punto de vista comercial, la resistencia a la
oxidación del aceite es una características
más importantes. La resistencia a la
oxidación puede mejorarse por varios medios:

• Selección del aceite base: los aceites
  sintéticos son más resistentes a la
  oxidación que los minerales, y
  dentro de estos, los parafínicos son más
  resistentes que los aromáticos o naftalénicos. Un
  índice de viscosidad alto también hace al aceite
  más resistente a la oxidación.
• Refinado cuidadoso que elimine todas las sustancias
  favorecedoras de la oxidación y que facilite la
  acción de los inhibidores de la
  oxidación.
• Uso de aditivos inhibidores de la
  oxidación
• Adecuado mantenimiento de los equipos para prevenir
  la
  contaminación.

Oxidación de las grasas

La oxidación de una película fina de grasa
en servicio dejará como resultado un residuo gomoso. Al
oxidarse la grasa en almacenamiento
puede ponerse rancia, costrosa y mas oscura. Puede inclusive
haber una separación del aceite base. Para prevenir esto
las grasas de calidad contienen
inhibidores de oxidación que es especialmente vital en los
rodamientos sellados prelubricados.

Tensión
interfacial

Emulsión

Se llama emulsión a la dispersión de un
líquido dentro de otro en forma de pequeñas gotas.
Al liquido dispersado se le llama fase discontinua. El
líquido dispersante es llamado fase continua.

Las emulsiones no suelen ser estables debido a que la
tensión interfacial tiende a unir las burbujas. Para
formar la emulsión es preciso un agente emulsionante y
aportar energía mecánica o térmica, a fin de romper
la interfase.

Tensión superficial

La tensión superficial es la energía libre
existente en la superficie de un líquido gracias a la cual
el líquido tiende a tener la menor superficie posible. La
tensión superficial es debida a las fuerzas de
atracción entre las moléculas de la superficie del
líquido, las cuales no están rodeadas totalmente de
otras moléculas, con lo cual deja parte de esta fuerza sin
utilizarse.

La tensión superficial puede observarse viendo el
menisco curvo de la superficie del líquido cuando este
está en un tubo estrecho. Permite que se formen gotas y
evita que los líquidos se emulsiones
espontáneamente con el aire. Es un
factor que afecta a la capacidad del aceite para adherirse a una
superficie, para mantener la estabilidad de la emulsión y
para mantener sustancias sólidas dispersas.

La tensión superficial de dos aceites puede
observarse poniendo una gota de ellos sobre una superficie
metálica y observando si la gota se contiene (
tensión superficial alta) o si se extiende (tensión
superficial baja).

La tensión superficial disminuye al aumentar la
temperatura,
debido al incremento en la energía cinética de las
moléculas y a la consecuente disminución de la
atracción entre ellas. Igualmente la variación del
pH
también afecta a la tensión superficial, ya con
este varían el nº de moléculas polares en el
aceite.

La unidad de tensión superficial en el SI. es el
N/m, aunque suele usarse la dina/cm o
erg/cm2.

Tensión interfacial

Se llama tensión interfacial a la energía
libre existente en la zona de contacto de dos líquidos
inmiscibles. Esta energía es consecuencia de las tensiones
superficiales de los dos líquidos, y evita que se
emulsiones espontáneamente.

Las unidades de medida de la tensión interfacial
son las mismas que las de la tensión
superficial.

El valor de la tensión interfacial del aceite es
indicativo de varias características del
aceite:

• Es una medida de la inmiscibidad del aceite: Cuando
  dos líquidos inmiscibles están en contacto, las
  moléculas en el interior del líquido se atraen
  unas a otras en todas direcciones. Sin embargo, en la zona de
  contacto de los líquidos las moléculas de cada
  líquido están en contacto con las del otro y
  experimentan fuerzas distintas, unas debidas a las
  moléculas de su fase y otras debidas a las
  moléculas de la otra fase. Al formarse la
  emulsión, el área de contacto entre los
  líquidos se incrementa notablemente,
  incrementándose la tensión interfacial. En
  consecuencia, la tensión interfacial tenderá a
  unir las gotas y reducir el área de contacto. Cuanto
  más alta sea la tensión interfacial del aceite,
  más difícil será romper la interfase y
  formar la emulsión, y, una vez conseguido, lograr que la
  emulsión sea estable será igualmente
  difícil.
• En el caso de los aceites aislantes, la
  tensión interfacial es un indicativo de la capacidad
  aislante del aceite. Con el paso del tiempo, y debido a la
  combinación de calor, campos eléctricos, agua y
  oxígeno se van generando compuestos polares en el aceite
  que afectan a su capacidad aislante, ya que estos compuestos
  facilitan el paso de la corriente
  eléctrica a través del aceite. Los compuestos
  polares se van acumulando y afectan a la tensión
  superficial, reduciéndola. Esta reducción
  facilita que el agua y otros contaminantes se emulsionen con el
  aceite, aumentando su conductividad. Este aumento de la
  conductividad del conlleva que el calor disipado por
  éste sea menor, lo que facilita a su vez la
  degradación del aceite y la acumulación de
  contaminantes insolubles, que forman lodos. Se produce
  así un efecto "bola de nieve", acelerándose el
  proceso exponencialmente. El valor de la tensión
  interfacial, comparado con el del aceite nuevo, nos da una
  indicación bastante precisa de la capacidad aislante del
  aceite.
• Debido a que la acumulación de contaminantes y
  productos de la degradación del aceite hacen bajar el
  valor de la tensión interfacial (como se acaba de
  decir), este valor, comparado con el del aceite nuevo, nos da
  una indicación del grado de envejecimiento del aceite,
  de su nivel de oxidación, y /o de la presencia de
  impurezas. En el aceite nuevo y sin aditivos, la tensión
  interfacial tiene un valor de entre 40 y 45 dinas/cm, que con
  el uso de aditivos puede bajar a 25-30 dinas/cm.
• El valor de la tensión interfacial en un
  aceite nuevo, comparado con otros, es un indicativo del grado
  de refino. Una tensión interfacial alta en un aceite
  nuevo indica la ausencia de compuestos polares orgánicos
  (aromáticos) en el aceite. (Estos compuestos han sido
  eliminados durante el refinado del aceite).

Al ser la tensión interfacial consecuencia
directa de la tensión superficial, la tensión
interfacial se ve afectada por los mismos factores que la
tensión superficial.

La tensión interfacial (al igual que la
superficial) puede reducirse con el uso de aditivos
emulsificantes. Estas sustancias se acumulan en la zona de
contacto de las dos fases de la emulsión, reduciendo la
tensión interfacial. Las siliconas, por ejemplo, se
utilizan en los aceites minerales para
reducir la tensión superficial y facilitar la
formación de emulsiones.

La tensión interfacial está en
relación con otras propiedades del aceite, tales como la
viscosidad, el pH y la viscosidad.

Corrosión al
cobre

Los ensayos de
corrosión al cobre tienen
como fin determinar la capacidad del aceite para atacar a los
metales blandos, tales como el cobre, el plomo, etc.

El aceite nuevo y bien refinado , sin aditivos, no suele
ser agresivo con los metales, si bien la presencia de ciertos
aditivos, los componentes ácidos que se originan en la
degradación del aceite, la
contaminación del aceite y las temperaturas altas
pueden hacer agresivo al aceite.

Las sustancias corrosivas son especialmente peligrosas
con las aleaciones de
cobre y plomo. El ataque de estas sustancias deja profundas
marcas en la
superficie de la aleación. Además estas aleaciones
suelen usarse en cojinetes y otras aplicaciones de responsabilidad, con el consiguiente riesgo de rotura
ante cargas de trabajo elevadas.

Detergencia y dispersancia

La detergencia y la dispersancia son dos
características que definen la capacidad del aceite para
mantener limpio el sistema.

Detergencia

Se llama detergencia a la capacidad del aceite para
eliminar residuos acumulados por el sistema, bien incrustados (en
tuberías, pistones, etc), bien acumulados en forma de
lodos.

La capacidad detergente del aceite depende de las
características del aceite base y sobre todo del uso de
aditivos detergentes. Así pues, los aceites menos viscosos
y con menos residuos carbonosos son mejores detergentes. Por otra
parte, los aditivos detergentes suelen ser compuesto
metálicos (sales metálicas de calcio, bario,
magnesio, jabones orgánicos) que reducen la tensión
interfacial entre el aceite y el contaminante, permitiendo que el
contaminante sea desplazado de la superficie del
metal.

La capacidad detergente del aceite va perdiéndose
durante la vida operativa al ir apareciendo sustancias
ácidas, que en muchos casos van siendo neutralizadas por
los detergentes.

La detergencia es de especial significación en
los aceites de motor, pues
elimina el hollín en los cilindros y neutraliza los
ácidos. En los aceites de corte, la detergencia contribuye
a la limpieza de la máquina y de la pieza.

Dispersancia

La dispersancia es la capacidad del aceite para mantener
dispersos los residuos a loa largo del circuito, evitando que se
acumulen.

La capacidad dispersante de un lubricante depende del
aceite base, siendo los sintéticos los de mejor capacidad
dispersante. Esta capacidad va perdiéndose con el uso,
debido a la acumulación de contaminantes dispersos en el
aceite.

Punto de
anilina

También llamado "temperatura crítica de
disolución", el punto de anilina es la temperatura en
ºC a la que dos volúmenes iguales de aceite y anilina
se mezclan totalmente.

La anilina (C6H5-NH5)
es un hidrocarburo aromático cuya estructura
molecular es una anillo de 6 átomos de carbono con
enlaces dobles y simples alternándose. En uno de sus
vértices cuenta con un grupo anima
(-NH2). Es la amina más simple.

Dada la estructura
molecular de la anilina ésta es más soluble en
aceites aromáticos, algo menos en los naftalénicos,
y todavía menos en los parafínicos. Es por esto que
el punto de anilina nos orienta sobre la composición
química del aceite (en particular sobre el contenido en
sustancias aromáticas).

Cuanto menor sea el contenido en sustancias
aromáticas, más alto será el punto de
anilina y viceversa.

El punto de anilina está en función e
otras características del aceite, tal como muestra el
esquema:

El punto de anilina se utiliza fundamentalmente para
determinar la compatibilidad del aceite con sellos y juntas de
goma y elastómeros. Los aceites con punto de anilina alto
hacen que los sellos se contraigan y endurezcan, mientras que los
que tienen un punto de anilina demasiado bajo hacen que el sello
se ablande y se expanda.

Los fluidos con bajo punto de anilina tienden a
degradarse más rápidamente.

Valores comparativos del punto de anilina
de varios aceites

Cenizas

Se conoce como cenizas a la cantidad de material
inorgánico presente en un lubricante. Esta cantidad se
determina quemando el lubricante en condiciones normalizadas y
pesando el residuo. La cantidad obtenida se expresa en % de
peso.

Este residuo podemos separarlo a su vez en dos tipos de
residuo:

• Cenizas oxidadas: las originadas por el aceite base,
  sin aditivación
• Cenizas sulfatadas: las originadas durante la
  calcinación del aceite en presencia de ácido
  sulfúrico. Este parámetro es aplicable tanto a
  aceites base como a aceites aditivados e indica el nivel de
  partículas metálicas del aceite.

Las cenizas del aceite proceden ,en su mayor parte, de
los aditivos, en especial de los que contienen aditivos
metálicos.

El contenido de cenizas del aceite no dice mucho acerca
del mismo, aparte de la cantidad de aditivos y de la calidad de los
mismos.

Esta propiedad es
de especial significación en los aceites de motor. En los
motores de combustión interna, las cenizas del aceite
quemado en los cilindros se acumulan en válvulas,
cilindros, cabezas de pistón y bujías. Estas
cenizas, además de aumentar el desgaste del motor,
favorecen la aparición de puntos calientes en los
cilindros, lo que puede provocar preignición en la mezcla
combustible-aire. Además, al mezclarse estas cenizas con
el aceite líquido, aumentan las viscosidad de este, y
favorecen la oxidación y el aumento de la acidez del
aceite. Por ello, en la actualidad se utilizan aditivos sin
cenizas.

Resistencia de
película

Se llama resistencia de película a la capacidad
del aceite para resistir el barrido o la compresión cuando
es empujado entre dos superficies móviles y reducido a una
capa extremadamente fina.

Al producirse movimiento
entre dos superficies móviles, la fricción tiende a
oponerse al movimiento.
Cuando el aceite es desplazado por una de las piezas
móviles el líquido es forzado a extenderse formando
una película más fina, incluso de solo algunas
moléculas de espesor. La capacidad del aceite para seguir
formando una película continua, que se interponga entre
las superficies móviles es la resistencia de
película.

La resistencia de película es una propiedad
química. La presencia de moléculas polares en el
aceite contribuye a que éste forme una capa espesa y dura
entre las parte a lubricar. También contribuye a que el
aceite se adhiera a las superficies metálicas,
contribuyendo a reducir la fricción en condiciones de
escaso flujo de aceite (como en los arranques).

Los aceites sintéticos, debido a su estructura
molecular más uniforme, tienen una mayor resistencia de
película que los minerales. También tiene una
película más resistente al corte. La resistencia de
película normal del aceite es de 600 a 1000
psi.

Un aceite con buena resistencia de película
reduce el contacto entre piezas (a interponerse entre ellas),
reduciendo el desgaste, y, consecuentemente, las holguras, lo que
contribuye a una menor contaminación del aceite y una
mayor vida para éste.

Factores que afectan a la resistencia de
película.

• El índice de viscosidad: los aceites con un
  alto índice de viscosidad tienen una resistencia de
  película mucho más alta.
• El uso de aditivos. El uso de aditivos antidesgaste
  contribuye a mejorar la resistencia de
  película.
• La capacidad del aceite para no formar espuma es
  indicativo de una buena resistencia de película. (A la
  inversa, un aceite con buena resistencia de película no
  forma espuma fácilmente).
• La temperatura: A mayor temperatura, menor
  resistencia de película. Al aumentar la temperatura, el
  aceite se hace más fluido, siendo entonces más
  fácil de barrer de las superficies.
• La presencia de aquel: La presencia de agua en el
  aceite contribuye a romper la película del aceite y a
  reducir su resistencia de película.

La resistencia de película es de especial
importancia en los aceites de motor y en los hidráulicos,
y en todos aquellos sistemas en los
que se ha de operar en ocasiones en condiciones de trabajo de
bajo flujo de aceite.

Gases en
aceite

Gases disueltos

Son aquellos gases que
entran en solución con el aceite. Estos gases pueden
proceder del ambiente
(aire, gases de combustión) o ser producidos por la
descomposición del aceite debido al calor o a corrientes
eléctricas.

La cantidad de gas que puede
disolver el aceite depende del tipo de gas, de la
temperatura y de la solubilidad del aceite. El aire, por ejemplo,
es soluble en el aceite mineral hasta en un 8-9% por unidad de
volumen a
temperatura ambiente.

En los aceites para transformadores,
un calentamiento excesivo del transformador hará que el
aceite absorba energía y reaccione produciendo metano,
hidrógeno, y si el calentamiento es grande, hasta etileno.
Si se producen arcos eléctricos de alta energía se
producirá acetileno. Esto permite estudiar el estado
eléctrico interno del transformador sin necesidad de
desmontarlo.

Los gases disueltos afectan a la viscosidad del aceite,
haciéndola bajar hasta menos de la mitad en algunos casos.
Algunos, como el cloro y el ácido sulfhídrico,
aumentan la acidez del aceite al disolverse, atacando las partes
metálicas de la maquinaria y degradando el aceite.
También afectan a la capacidad de aceite para transferir
calor y a la oxidación del aceite y de los metales (de los
aditivos y del equipo), la lubricación limítrofe y
la cavitación de bombas.
También hacen bajar drásticamente la temperatura de
inflamación del aceite hasta 50ºC o menos, aumentando
el riesgo de
incendio.

La cantidad de gases disueltos se hace evidente cuando
los gases se separan violentamente de la disolución cuando
el aceite es sometido a baja presión.

Gases disueltos

Si la cantidad de gas atrapado excede la capacidad del
aceite para disolverlo, se formaran pequeñas burbujas que
quedaran atrapadas en el aceite, dándole a este un aspecto
espumoso. A esto se llama gas atrapado. Este gas será
liberado lentamente. La acumulación de burbujas puede
provocar rotura de la capa de aceite y falta de
lubricación en algunas zonas.

Contaminantes

Se llaman contaminantes a todas las sustancias
extrañas que contiene el aceite, bien sean generadas por
el aceite o bien ingeridas por el sistema. Pueden ser sustancias
gaseosas, liquidas , sólidas o
semisólidas.

Los contaminantes pueden afectar seriamente a las
prestaciones
del aceite. Debido a las condiciones de alta temperatura y
presión
en las que operan en muchas ocasiones los aceites, los
contaminantes se mezclan y reaccionan , degradando el aceite y
agotando los aditivos. Los contaminantes atacan
químicamente a los equipos, provocan erosión en
el sistema y crean acumulaciones de lodos o incrustaciones de
barniz, lo que dificulta la circulación del aceite, el
movimiento de algunos elementos, y, en definitiva, la
degradación acelerada del aceite. A efectos
económicos, esto afecta de varias maneras:

• Productividad disminuida
• Consumo innecesario de lubricantes
• Generación y acumulación de
  residuos,
• Mantenimiento correctivo debido a averías
  provocadas por mala lubricación
• Falta de fiabilidad en las
  máquinas

Una gran parte de los fallos de componentes debidos a
lubricación son causados por contaminantes.

Por otra parte, se ha comprobado que la limpieza del
fluido afecta notablemente a la vida de los componentes y a la
continuidad en la operación. En aceites que no se
encuentran sometidos a temperaturas altas, un nivel alto de
limpieza del aceite puede prolongar la vida de la maquinaria
hasta 10 veces; un nivel bajo de agua puede prolongar la vida de
los rodamientos hasta 6 veces; alguna empresas han
logrado reducir el nivel de fallos en un 90% simplemente
controlando la limpieza del aceite.

A grosso modo, podemos clasificar los contaminantes
como:

-gases

-sólidos

-semisólidos

-líquidos

Gases

Los gases pueden entrar de diferentes maneras y provenir
de diferentes fuentes,
dependiendo del tipo de sistema: fugas de aire, aire incorporado
por una bomba, gas procedente de fugas en una turbina, freon
disuelto en el aceite en los compresores de
refrigeración.

Los gases reducen la viscosidad del aceite (pueden
rebajarla hasta la mitad), provocando desgaste severo en el
equipo; facilitan la formación de espuma; interfieren en
la formación de la capa de lubricación y debido a
ello pueden producir fallos catastróficos en cojinetes.
Los gases combustibles disminuyen el punto de ignición
hasta 50ºC y aumenta así el riesgo de
explosión. Algunos , como el cloro o el ácido
sulfhídrico, se disuelven en el aceite, aumentando su
acidez, y atacando químicamente los equipos y degradando
el aceite

Líquidos

Los contaminantes líquidos pueden clasificarse en
4 tipos:

1. Añadiduras de aceite
   erróneo
2. Agua
3. Disolventes
4. Líquidos corrosivos

Añadiduras de aceite
erróneo

El aceite puede contaminarse debido a añadiduras
de aceite equivocado. Esto puede tener distintas consecuencias,
en función de los aceites mezclados.

Al mezclar aceites de distinta viscosidad, tendremos un
aceite de menos viscosidad intermedia entre la de los dos aceite,
el contaminante y el contaminado, lo cual puede provocar
problemas de bombeabilidad y afectar a otras
características que afectan a la viscosidad.

Si el aceite añadido tiene distinta base y /o un
paquete de aditivos incompatible con el del aceite que se
añade, se formara un precipitado generado por la
interacción de los aditivos. Un análisis espectrográfico del aceite
revelara la presencia de aditivos ajenos al los del aceite
original. Indicando la contaminación por aceite
erróneo.

Agua

El agua afecta a la lubricación tanto física como
químicamente. El agua es el enemigo nº 1 del aceite;
de hecho es incluso más dañina que las
partículas sólidas. Esto es debido simplemente a
que algunos aditivos son solubles en agua. Además el agua
actúa como catalizador de la formación de
ácidos, óxidos y otras sustancias
dañinas.

El agua entra en el sistema filtrándose a
través de los sellos, o bien entrado a través de
respiraderos disuelta en el aire y condensándose en
espacios libres, o ser producto de la
combustión de algún hidrocarburo.

Dentro del sistema, el agua puede encontrarse de tres
formas: libre, emulsionada y disuelta.

Cuando el agua esta disuelta en el aceite, las
moléculas de agua están completamente mezcladas con
las del aceite. En este estado, la
presencia del agua en el aceite resulta muy difícil de
detectar. La mayor parte de los aceites industriales,
hidráulicos y de turbina pueden contener hasta 200-600 ppm
(0’02-0’06%) de agua, dependiendo de la temperatura y
de la edad del aceite, ya que el aceite viejo admite 3 ó 4
veces más que el aceite nuevo.

Cuando la cantidad de agua disuelta en el aceite supera
la cantidad que puede disolver el aceite, este se satura. En este
estado, el agua se separa en forma de pequeñas gotas, lo
que es conocido como emulsión. Cuando se produce este
fenómeno, se dice que el aceite tiene aspecto
neblinoso.

Si continua aumentando la cantidad de agua en el aceite,
el aceite y el agua se separaran en dos fases,
originándose una capa de agua bajo la de aceite con agua
emulsificada. En la mayor parte de los casos, el agua se
depositarán en el fondo de los depositos.

El agua libre y la emulsificada son las dos fase
más dañinas para el aceite.

El agua afecta a la formación de la capa de
lubricación. Debido a la incomprensibilidad del agua, esa
puede desplaza al aceite en zonas donde se forma una capa de
lubricación muy fina, provocando la pérdida de la
capa de lubricación hidrodinámica, dando como
resultado un desgaste excesivo. Una cantidad de agua tan
pequeña como el 1% reduce la expectativa de vida de un
cojinete un 90%.

En condiciones de extrema presión y temperatura,
como pueden darse en los cojinetes de apoyo a alta velocidad, el
agua puede vaporizarse instantáneamente, dejando el
cojinete sin aceite y provocando un profundo desgaste. Bajo estas
condiciones , a veces las moléculas de agua pueden
reventar y separarse el oxigeno y el
hidrógeno. Debido al reducido tamaño de los iones
hidrógeno producidos en el proceso, estos son absorbidos
por el metal de la pista, dando lugar al fenómeno conocido
como desgaste por hidrógeno. El desgaste por
hidrógeno es causado por un cambio en la
estructura del metal. Esta cambio hace
que el metal se vuelva frágil y se produzcan grietas. Al
romperse el material, pueden producirse agujeros y
esquirlas.

El agua , además, corroe la mayor parte de los
metales utilizados en los sistemas de
lubricación. Por ejemplo, el agua corroe el hierro para
formar herrumbre. La herrumbre forma residuos en el aceite y
agujeros en la superficie del metal. Estos agujeros debilitan el
material. La herrumbre hace que las emulsiones sean estables y
facilita la formación de espuma, reduciendo la eficiencia del
lubricante, la capacidad de disipación del calor y la
resistencia a la oxidación. Además, la herrumbre es
abrasiva y puede ocasionar obstrucciones debido a la
acumulación de la misma o atascamiento de algunos
componentes.

El agua no solo tiene efectos dañinos para los
componentes de las máquinas,
sino que afecta también al aceite, facilitando su
degradación. La presencia de agua en el aceite hace
progresar rápidamente la oxidación, a un ritmo 10
veces superior a lo normal, dando lugar a un envejecimiento
prematuro, particularmente en presencia de metales
catalíticos, como el cobre, plomo o estaño.
Además, ciertos aceites sintéticos, como los
ésteres de fosfato o los esteres dibasicos, reaccionan con
el agua, destruyéndose en el aceite base y
formándose ácidos.

Pero el aceite base no es el único afectado por
el agua. Algunos aditivos sulfurosos, cono los antidesgaste , los
de extrema presión y los fenólicos son
rápidamente hidrolizados por el agua, destruyéndose
el aditivo y formándose ácidos. Estos ácidos
pueden, a su vez, producir desgaste por corrosión,
particularmente en las aleaciones que contienen metales blandes,
como el bronce y el latón. Otros aditivos, como los
agentes demulsificantes, dispersantes, detergentes e inhibidores
de la herrumbre, pueden acabar siendo eliminados por la excesiva
humedad. Esto hace que se precipiten y formen lodos, que a largo
plazo pueden obstruir filtros y orificios de pequeño
diámetro y que se reduzca la demulsibilidad agua/
aceite.

Existen diversos métodos
para detectar el agua en el aceite, si bien el mas utilizado es
el Karl Fischer. El aspecto neblinoso del aceite es indicativo de
la presencia del agua. La presencia de cloro y sodio en el aceite
también es indicativo de la presencia de agua,
especialmente en los aceite utilizados en el mar, debido a la sal
que lleva el agua de mar ( mucha más que el agua de
lluvia).

El agua es la causa principal de fallos de
lubricación, fallo de componentes y falta de fiabilidad en
las máquinas.
Como todos los contaminantes, lo importante no es solo reconocer
su presencia, sino tomar medidas para eliminar o controlar la
fuente. Si es posible, los niveles de agua deben mantenerse por
debajo de los niveles de saturación en todo momento en
todos los equipos, haciendo lo posible para mantener los niveles
de agua lo mas bajo posible. Tanto si se instalan respiraderos
desecantes, sellos mejorados, filtros centrífugos o
equipos de desecado por vacío, reducir los niveles de agua
en los equipos aumenta enormemente la vida de los lubricantes y
de la máquina.

Disolventes y
líquidos de proceso

Al hablar de estos dos tipos de contaminantes, estamos
hablando de una variadísima lista de sustancias, desde el
combustibles de los motores de explosión y la taladrina de
la maquinaria de corte, hasta los disolventes usados para la
limpieza de la maquinaria.

Si bien cada uno reacciona de manera distinta con es
lubricantes, todos causan daños semejantes en la
máquinas.

Los disolventes y los líquidos de proceso pueden
interferir en la formación de la capa de
lubricación, al igual que el agua, aunque sus efectos son
más químicos (degradación química del
aceite en lugar de desplazamiento físico).

La contaminación por líquidos
extraños puede ser detectada por cambios en el olor,
color, punto de
flash o
viscosidad del aceite.

Líquidos corrosivos

La contaminación por líquidos corrosivos
puede tener su origen en la degradación del aceite, o bien
ser debida a la ingestión de estos a través de
respiraderos o sellos, en ambientes muy corrosivos como plantas
químicas. El aceite mineral sometido a alta temperatura se
oxida para formar ácidos orgánicos. La mayor parte
de los aceites nuevos, con inhibidores de la oxidación
tienen una acidez muy baja. Un incremento constante en la acidez
del aceite es indicativo de oxidación debida al uso. Un
aceite muy oxidado puede tener un acidez 2 ó 3 veces
superior a la del aceite nuevo.

La presencia de ácidos es indicada por cambios en
la apariencia del aceite, el olor, la viscosidad y la acidez.
Otras indicaciones pueden ser la aparición de manchas,
corrosión, picaduras en las partes metálicas o por
la presencia de precipitados en el aceite. Se conocen casos de
corrosión en cojinetes debido a componentes ácidos
del aceite base de la grasa lubricantes. Además, si no se
neutraliza, los ácidos contribuyen a degradar más
rápidamente el aceite: no solo reducen la capacidad
lubricante del aceite, sino que afectan a otras propiedades, como
la capacidad inhibidora de la corrosión del
aceite.

La presencia de ácidos puede ser detectada
mediante análisis químico, infrarrojos, o
rayos X,
aunque su eliminación solo es posible meditante
sustitución del aceite.

Partículas
sólidas

Las partículas sólidas pueden ser
originadas por el sistema o entrar en él desde fuera.
Puede tratarse de virutas metálicas, gotas de soldadura,
arena, fragmentos de desgaste de piezas metálicas,
fragmentos de sellos, productos de la degradación del
aceite o productos de la degradación del equipo. Si su
tamaño es similar al de la capa de aceite pueden clavarse,
abollar o erosionar superficies, reduciéndose la vida de
los componentes, que puede verse drásticamente reducida
debido a la acción de las partículas, bien debido a
fallos de lubricación (falta de lubricante en el elemento
a lubricar), debido a obstrucciones que impiden que llegue la
cantidad necesaria de lubricante o porque la partícula es
de tamaño ligeramente mayor que la de la capa de
lubricación y crea un punto de fricción, bien
debido a desgaste erosivo provocado por las partículas, o
bien debido a la acción química favorecida por
partículas químicamente activas.

Existen diversos métodos de detección de
partículas. Según el método que
se emplee se puede conocer la cantidad, tamaño y
composición e las partículas. Estos tres
parámetros son tenidos en cuenta para evaluar la
existencia de problemas: excesiva fricción entre
elementos, corrosión química de los sellos o
degradación química del aceite.

Aunque las partículas son eliminadas mediante
filtrado, la presencia de algunos tipos de partículas,
tales como fragmentos de sellos o productos sólidos de la
corrosión, son indicativos de problemas que han de ser
eliminados. Lo mismo puede decirse de las partículas de
cierto tamaño, aunque están sean retenidas por los
filtros.

Sustancias semisólidas

Los productos semisólidos son generalmente
productos de la oxidación o de la polimerización
térmica, material carbonoso, microorganismos o productos
de la reacción del aceite con los aditivos o el agua, o
fragmentos de sellos degradados. En los sistemas de
lubricación, estas y otras partículas contribuyen a
la formación de lodos, que al acumularse pueden provocar
obstrucciones y los consiguientes fallos de
lubricación.

Un aceite sucio o descolorido es indicativo de la
presencia de estos productos.

Compatibilidad

Se llama compatibilidad a la capacidad de un lubricante
para mezclarse con otros, así como con los elementos del
sistema sin reaccionar con ellos y provocar problemas, tales como
precipitados o pérdida de prestaciones del lubricante. Si
el uso de lubricantes incompatibles no se evita, surgirán
estos problemas y pueden causarse daños irreparables en el
sistema.

La mayor parte de los casos de incompatibilidad son
causados por los aditivos, aunque algunos son debidos al aceite
base.

Durante la fase de desarrollo los
fabricantes realizan pruebas de
compatibilidad con los productos de otros fabricantes, ya que no
resulta comercialmente atractivo un producto que
no pueda mezclarse con otros. La incompatibilidad puede surgir al
mezclarse productos de distinto tipo (para diferentes
aplicaciones) o productos del mismo tipo pero de distinto
fabricante.

Como regla general, no deben rellenarse los sistemas con
mas de un 10% de aceite distinto al que tiene (aunque
supuestamente sean compatibles), ni mezclar distintos tipos de
aceites sintéticos, ya que no todos son compatibles entre
sí.

Mezcla de características

Cuando se mezclan dos aceites de diferentes
características, pero del mismo tipo, se producirá
una mezcla de características. Si mezclamos un aceite con
viscosidad alta y otro de viscosidad baja, por ejemplo, el
resultado será un aceite de viscosidad intermedia a los
dos. Lo mismo ocurrirá con otras características.
Esto no significa incompatibilidad, sino reajuste de
características, y por lo demás, el aceite
trabajará perfectamente.

Incompatibilidad de pH

Una de las principales causas de incompatibilidad es la
neutralización de los aditivos ácidos de un aceite
por los aditivos alcalinos de otro.

Cuando esto ocurre se forma un jabón grasiento
que se precipita, pudiendo obstruir líneas y filtros e
interfiriendo en el flujo del aceite, hasta el punto de poder causar
daños por falta de lubricación. Esta
reacción no es inmediata y requiere la presencia de agua ;
además la reacción se ve favorecida por la
presión y la alta temperatura. Se ha dado el caso de
aceites que han coexistido mezclados en el sistema sin reaccionar
durante periodos de tiempo indefinidos, sin que la
reacción se iniciase hasta que apareció el agua.
Esta reacción no es reversible y drenar el sistema no
elimina el jabón. La única manera de eliminarlo es
limpiar el sistema con aceite mineral.

Esto puede ocurrir al cambiar el aceite alcalino de un
sistema por otro ácido, sin haber limpiado el sistema. Al
cambiar un aceite alcalino por otro ácido esto no suele
ocurrir, ya que la cantidad de material ácido remanente es
muy pequeña y el volumen de
precipitado no es importante. Además, los compuesto
alcalinos suelen ser detergentes y son capaces de mantener los
productos de la reacción en suspensión. En
cualquier caso, siempre es recomendable efectuar una limpieza del
sistema, efectuando un drenaje del 100 % del volumen del sistema.
Se necesita un solo drenaje si el volumen remanente en el sistema
es inferior al 3% del total.

Compatibilidad con los elementos del
sistema

El aceite de un sistema debe se compatible con los
elementos del mismo, tales como las aleaciones metálicas,
sellos del sistema, conductos de materiales
sintéticos, etc.

El carácter químicamente activo de algunos
aditivos hace que estos sean agresivos con los metales. Los
aditivos que contienen azufre, cloro o fosfatos son agresivos con
el cromo, el cobre y el latón.

La incompatibilidad con los sellos y otros elementos de
composición orgánica son debidos tanto a los
aditivos como al

aceite base. Este problema suele ocurrir con los aceites
sintéticos.

Incompatibilidad de las
grasas

Al igual que ocurre con los aceites, no todas las grasas
son compatibles entre sí; la incompatibilidad de las
grasas puede deberse tanto a la incompatibilidad de las bases
como de los aditivos, si bien el primer caso es el mas
frecuente..

La mezcla de grasas incompatibles puede provocar cambios
en la consistencia (tanto aumento como reducción) y
pérdida de otras propiedades, tales como la resistencia al
agua y al calor, resistencia al corte, protección contra
el óxido, resistencia a la oxidación y propiedades
de alta presión.

Tabla de compatibilidad de las
grasas

Oscar Lopez