Aceite Lubricante: Tipos, Usos y Rendimiento

Antecedentes

Desde la época romana, diversos líquidos, incluido el agua, se han utilizado como lubricantes para minimizar la fricción, el calor y el desgaste entre piezas mecánicas en contacto. Hoy en día, el aceite lubricante es el lubricante más empleado debido a su amplia gama de aplicaciones. Las dos categorías básicas son el aceite mineral y el aceite sintético. Los aceites minerales se refinan a partir de petróleo natural, mientras que los sintéticos son poli-alfaolefinas fabricadas, hidrocarburos basados en poliglicoles o ésteres.

Aunque existen muchos tipos de aceites lubricantes, los minerales son los más utilizados porque la oferta de crudo los hace económicos y existe una vasta base de datos sobre sus propiedades. Otra ventaja es que pueden producirse en una amplia gama de viscosidades —la resistencia al flujo— para diversas aplicaciones. Van desde aceites de baja viscosidad (cadenas de hidrógeno-carbono con pesos moleculares alrededor de 200 uma) hasta lubricantes altamente viscosos (hasta 1000 uma). Los aceites minerales de diferentes viscosidades pueden mezclarse para mejorar el rendimiento; por ejemplo, el común aceite de motor 10W-30 combina aceite de baja viscosidad (arranque fácil en frío) y alta viscosidad (protección a temperaturas normales).

Utilizados primero en la industria aeroespacial, los lubricantes sintéticos se formulan para aplicaciones donde los aceites minerales no son adecuados: temperaturas extremadamente altas o resistencia al fuego. Este artículo se centra en el aceite lubricante mineral.

Materias Primas

Los aceites lubricantes son una de las muchas fracciones que se derivan del petróleo crudo, que emerge del pozo como una mezcla inflamable amarilla a negra de miles de hidrocarburos (compuestos orgánicos con solo carbono e hidrógeno, presentes en todos los combustibles fósiles). Los yacimientos se formaron por la descomposición de diminutas plantas y animales hace unos 400 millones de años. Debido a cambios climáticos y geográficos, la descomposición varió según la región.

Por las diferentes tasas de descomposición, la naturaleza y porcentaje de hidrocarburos resultantes varían ampliamente, al igual que las características físico-químicas de los crudos de distintos yacimientos. Por ejemplo, el crudo de California tiene una gravedad específica de 0,92 g/ml, mientras que el más ligero de Pensilvania tiene 0,81 g/ml. La gravedad específica (relación entre el peso de una sustancia y el de un volumen igual de agua) es un aspecto importante del crudo. En general, oscila entre 0,80 y 0,97 g/ml.

Según la aplicación, se pueden mezclar aditivos con el aceite refinado para otorgarle propiedades físicas deseadas. Aditivos comunes incluyen metales como plomo o sulfuro metálico, que mejoran la capacidad de prevenir el agarrotamiento y rayado bajo presiones extremas. Polímeros de alto peso molecular mejoran la viscosidad, contrarrestando el adelgazamiento a altas temperaturas. Las nitrosaminas actúan como antioxidantes e inhibidores de corrosión al neutralizar ácidos y formar películas protectoras en superficies metálicas.

Proceso de Fabricación

El aceite lubricante se extrae del crudo, que sufre una purificación preliminar (sedimentación) antes de bombearse a torres de fraccionamiento. Una torre típica de alta eficiencia, de 7,6 a 10,6 m de diámetro y hasta 122 m de altura, está construida con aceros de alta calidad para resistir compuestos corrosivos; en su interior tiene bandejas colectoras de condensado en serie ascendente. En la torre, los miles de hidrocarburos se separan mediante destilación fraccionada. A medida que los vapores ascienden, las fracciones se enfrían, condensan y vuelven a líquido a diferentes velocidades según sus puntos de ebullición (cuanto menor el punto, más alto suben antes de condensar). El gas natural hierve primero, seguido de gasolina, queroseno, fuel oil, lubricantes y alquitranes.

Sedimentación

• 1 El crudo se transporta del pozo a la refinería por oleoducto o buque tanque. En la refinería, sufre sedimentación para eliminar agua y contaminantes sólidos (arena, roca) en suspensión. El crudo se bombea a grandes tanques donde el agua y el aceite se separan y los contaminantes se depositan.

Fraccionamiento

• 2 El crudo se calienta a unos 371 °C (700 °F), descomponiéndose en una mezcla de vapor y líquido caliente que se bombea al fondo de la primera de dos torres. Los vapores de hidrocarburos ascienden, se enfrían, condensan y se recogen en bandejas a diferentes niveles. En esta torre se mantiene presión atmosférica y se vaporiza cerca del 80 % del crudo.
• 3 El 20 % restante se recalienta y bombea a una segunda torre, donde el vacío reduce el punto de ebullición del residuo para vaporizarlo a menor temperatura. Los compuestos más pesados (alquitrán, inorgánicos) quedan para procesamiento posterior.

Filtrado y extracción con solvente

• 4 Tras procesamiento adicional para eliminar compuestos no deseados, el aceite lubricante recogido en ambas torres pasa por filtros ultrafinos que eliminan impurezas residuales. Los aromáticos, contaminantes con anillos de seis carbonos que afectarían la viscosidad, se eliminan mediante extracción con solvente, posible porque son más solubles en el solvente que la fracción de aceite. Al tratar el aceite con el solvente, los aromáticos se disuelven; tras eliminar el solvente, se recuperan.

Aditivos, inspección y envasado

• 5 Finalmente, el aceite se mezcla con aditivos para otorgarle las propiedades físicas deseadas (resistencia a bajas temperaturas, etc.). Luego se somete a pruebas de control de calidad: viscosidad, gravedad específica, color, punto de inflamación y punto de fuego. El aceite que cumple estándares se envasa para venta y distribución.

Control de Calidad

La mayoría de aplicaciones requieren aceites no resinificados, de color pálido, inodoros y resistentes a la oxidación. Más de una docena de pruebas físicas y químicas clasifican y determinan el grado. Pruebas físicas comunes: viscosidad, gravedad específica, color. Químicas: punto de inflamación y punto de fuego.

De todas las propiedades, la viscosidad —resistencia al flujo a temperaturas y presiones específicas— es probablemente la más importante. La aplicación y el rango de temperatura operativa determinan la viscosidad adecuada. Si el aceite es demasiado viscoso, ofrece excesiva resistencia al movimiento de piezas; si no lo es suficiente, se escapa entre superficies y no lubrica bien. El Viscosímetro Universal Saybolt es el instrumento estándar para determinar la viscosidad de lubricantes de petróleo entre 21 y 99 °C (70-210 °F). La viscosidad se mide en segundos Saybolt Universal: tiempo en segundos para que 50 ml de aceite vacíen una copa Saybolt a través de un orificio calibrado a temperatura dada.

La gravedad específica depende del método de refino y aditivos (como plomo, que da resistencia a presión extrema y frío). El color indica uniformidad de grado o marca. Los puntos de inflamación y fuego varían según el origen del crudo. El punto de inflamación es la temperatura a la que el aceite desprende vapor inflamable suficiente para destellar al contacto con llama. El punto de fuego es la temperatura superior a la que el vapor continúa ardiendo al incendiarse.

Los aceites de motor comunes se clasifican por viscosidad y rendimiento según especificaciones de la Society of Automotive Engineers (SAE). Factores de rendimiento: prevención de desgaste, formación de depósitos de lodo, espesamiento del aceite.

Futuro

El futuro del aceite lubricante mineral es limitado, porque las reservas naturales de petróleo son finitas y no renovables. Expertos estiman reservas recuperables de petróleo ligero y medio en 1,6 billones de barriles, de los cuales un tercio se ha usado. Así, los aceites sintéticos serán cada vez más importantes a medida que disminuyan las reservas naturales. Esto vale no solo para lubricantes, sino para todos los productos del refino de petróleo.