- Fundamentos de la refinación de bases lubricantes minerales
Aproximadamente el 90% del mercado mundial de lubricantes está compuesto de aceites convencionales (formulados a partir de bases minerales). La mayoría de las personas saben que las bases lubricantes minerales proceden del petróleo, sin embargo, ¿qué tanto saben realmente sobre los procesos de refinación?
- El petróleo
El petróleo que fluye de un pozo en forma de crudo viene en diferentes formas y tipos, desde los ligeramente coloreados, que están compuestos en su mayoría con cadenas de hidrocarburos de bajo peso molecular, hasta los negros, casi sólidos de tipo asfáltico compuestos con cadenas de hidrocarburos de mayor peso molecular. Estos crudos son mezclas bastantes complejas llenas de diferentes compuestos hechos de hidrógeno y carbón. Estos compuestos (conocidos como hidrocarburos) van desde formas como el metano (que contiene un átomo de carbono con cuatro átomos de hidrógeno) hasta estructuras masivas con 60 o más átomos de carbono. Esta distribución de estructuras moleculares puede emplearse en nuestro favor.
- La importancia de las refinerías
La mayoría de los lubricantes provienen del petróleo o crudo. Para obtener un aceite lubricante del petróleo, este debe ser enviado a una refinería. La refinería saca del petróleo una serie de moléculas de varios tamaños y estructuras que pueden ser utilizadas para elaborar muchos productos. Por ejemplo, la gasolina, el diésel y el querosene son todos derivados del petróleo. Las bases lubricantes están relacionadas con las moléculas de hidrocarburos de un tamaño en particular (en el rango de 26 40 átomos de carbono). Se necesitan moléculas grandes y pesadas para trabajar como lubricantes. Las moléculas que componen las gasolinas y el querosene son muy pequeñas y tienen pocos átomos de carbono en su estructura molecular. Después de que el crudo es desalado y pasado a través de un horno donde es calentado y parcialmente vaporizado, es enviado a una columna de fraccionamiento. Esta columna opera ligeramente por encima de la presión atmosférica y separa los hidrocarburos con base a la diferencia de sus puntos de ebullición, que depende directamente de su tamaño molecular. En la columna de fraccionamiento, se aplica calor y se concentra en el fondo de la columna. Los hidrocarburos que ingresan en la columna son evaporados. A medida que los vapores se mueven hacia la parte superior de la columna, se van enfriando hasta que se condensan nuevamente en forma de líquidos. El punto en el cual ocurre esta condensación varía nuevamente basado en parte en el tamaño molecular. Extrayendo los líquidos condensados de la columna a diferentes alturas, esencialmente se pueden separar los componentes del crudo basados en su tamaño molecular. Mientras más pequeño sea el hidrocarburo (de 5 a 10 átomos de carbono) más alto llegará en la columna de fraccionamiento. Estos compuestos livianos serán procesados en productos como la gasolina. Los que condensan justo antes de alcanzar la parte superior de la columna, que contienen entre 11 y 13 átomos de carbono, serán procesados como queroseno y jet-fuel. Y las más grandes, entre 14 y 25 átomos de carbono, serán procesados como diésel y gas-oil. Los compuestos con contenido de carbono entre 26 y 40 átomos son los que más preocupan a los tribólogos. Esta es la materia prima utilizada para la creación de los aceites lubricantes. En el fondo de la columna se encuentran los hidrocarburos más grandes y pesados (40 o más átomos de carbono) los cuales son usados como productos para obtener asfaltos. Después del proceso de destilación, los compuestos deben ser refinados para los fines previstos. Esta etapa del proceso se hace para reducir la tendencia de la base lubricante a envejecerse (oxidarse) en servicio y también para mejorar sus características de viscosidad/temperatura. Esto se puede hacer de dos formas. La primera involucra procesos de separación de donde se obtienen dos productos: uno deseado, como son las bases lubricantes, y otro indeseado, como son los subproductos. La segunda, que se está convirtiendo en la favorita, es un proceso de conversión. Este proceso se desarrolla convirtiendo las estructuras moleculares indeseables en estructuras deseables con el uso de hidrógeno, calor y presión.
- Procesos de extracción
La siguiente es una forma simplificada del proceso de extracción:
C1. Desasfaltado El desasfaltado con propano toma el residuo del fondo de la columna (el más pesado, el de las moléculas más grandes) y lo separa en dos productos: alquitrán y compuestos que son similares a las bases lubricantes destiladas, pero que tienen un mayor punto de ebullición. Este producto es llamado aceite desasfaltado y puede ser refinado de la misma manera que las bases lubricantes destiladas. C2. Extracción con solventes La extracción con solventes es el término usado para eliminar la mayoría de los compuestos aromáticos y constituyentes indeseables del aceite por medio de extracción líquida. Los solventes comúnmente usados contienen fenol, furfural y dióxido de azufre. Las bases lubricantes obtenidas son los refinados (referido a aceites neutros) y un extracto rico en contenido de aromáticos, el cual es muy buscado como aceite de proceso o fuel-oil. C3. Desparafinado Después de la extracción con solventes, los refinados son desparafinados para mejorar su fluidez a bajas temperaturas, su resistencia a la oxidación y adecuar su índice de viscosidad. Este proceso genera dos productos: un subproducto tipo cera que es casi completamente parafínico y un aceite desparafinado, que contiene parafinas, naftenos y algunos aromáticos. Este aceite desparafinado es la materia prima para muchos de los lubricantes, sin embargo, existen otros procesos que deben llevarse a cabo para obtener un producto de calidad Premium. C4. Hidrofinalizado El hidrofinalizado modifica los compuestos polares en la base lubricante por medio de una reacción química donde se utiliza hidrógeno. Después de este proceso, un observador podría ver un color más claro y una mejora en su estabilidad química. La calidad final de esta base lubricante es determinada por la severidad del proceso de hidrofinalización en cuanto a la temperatura y presión utilizada durante el mismo.
- Procesos de conversión
El siguiente en un diagrama simplificado del proceso de conversión:
D1. Hidrofraccionado En este proceso de refinación, los destilados están sujetos a una reacción química con hidrógeno en presencia de un catalizador a alta temperatura y presión (420°C y 3000 psi). Los anillos aromáticos y nafténicos son rotos, abiertos y unidos en una estructura isoparafínica utilizando hidrógeno. La reacción con el hidrógeno también ayuda a la eliminación de agua, amoniaco y sulfuro de hidrógeno. D2. Hidroisodesparafinación catalítica Durante la Hidroisodesparafinación catalítica, al igual que en el Hidrofraccionado, se utiliza una unidad de hidrogenación con un catalizador específico para convertir las parafinas lineales o normales, en estructuras de parafinas ramificadas (isoparafinas), las cuales tienen mejores características que las lineales (isoparafinas: mismo peso molecular, diferente estructura química).
D3. Hidrotratamiento Debido a que en los dos procesos previos está involucrado el rompimiento de los enlaces químicos entre dos átomos de carbono, es necesario convertir a saturada cualquier molécula insaturada. Esto se logra fácilmente introduciendo más hidrógeno en el proceso. Las moléculas saturadas son más estables y capaces de resistir mejor los procesos de oxidación que las moléculas insaturadas.
| CARACTERÍSTICAS | DIFERENCIAS | |
| Color | La conversión produce productos claros, sin color | |
| Índice de viscosidad | La conversión produce bases lubricantes con mayor IV | |
| Resistencia a la oxidación | La conversión produce bases lubricantes con mayor resistencia a la oxidación | |
| Estabilidad térmica | Desaparece cuando la energía es suprimida | |
| Residuos de carbón | Los productos de la conversión producen menos residuos | |
| Demulsibilidad | Los productos de la conversión se separan más rápidamente del agua | |
| Biodegradabilidad | Los productos de la conversión tienden a biodegradarse más rápidamente |
Existen ligeras diferencias en las características de las bases lubricantes obtenidas por medio de estos dos procesos. La principal diferencia es el contenido de aromáticos. Los procesos de conversión reducen el contenido de aromáticos alrededor de un 0.5 por ciento, mientras que el proceso de extracción con solvente deja entre un 15 y 20 por ciento. El contenido de aromáticos tiene los siguientes efectos: El proceso de conversión produce productos de mejor calidad, sin embargo existe siempre una contraparte. El costo de refinar bases lubricantes utilizando el proceso de conversión es normalmente más costoso que el proceso de extracción. Este costo extra incurrido por el refinador es eventualmente pasado al cliente. Sin embargo, en este caso, el cliente normalmente obtiene lo que está pagando – una base lubricante de mejor calidad a un costo inicial más alto.
- Razones para cambiar los aceites minerales
Pregunta:¿Cuáles pueden ser algunas de las razones para cambiar un aceite mineral por uno sintético?Respuesta:Temperatura muy alta o muy baja para un aceite mineral, requerimientos de baja inflamabilidad para condiciones peligrosas, problemas de compatibilidad y problemas de contaminación.
- Consejos para el uso de lubricantes sintéticos
En la actualidad existen cientos de lubricantes sintéticos, todos ellos diseñados para usos específicos. Algunos de ellos no son compatibles con pinturas, sellos y empaquetaduras utilizados en máquinas y equipos modernos. Muchos de estos lubricantes no son compatibles con otros sintéticos o con lubricantes minerales y no pueden ser mezclados. Adicionalmente, algunos de estos fluidos no son compatibles con los materiales utilizados por los fabricantes de equipos para elaborar embragues y componentes de frenos y mangueras hidráulicas. Por lo tanto, antes de realizar cualquier cambio en el tipo de lubricante, es muy importante familiarizarse con el lubricante, incluyendo sus ventajas y desventajas, así como realizar una comparación con los aceites minerales de alto desempeño disponibles en el mercado. En la actualidad existen cientos de lubricantes sintéticos, todos ellos diseñados para usos específicos. Algunos de ellos no son compatibles con pinturas, sellos y empaquetaduras utilizados en máquinas y equipos modernos. Muchos de estos lubricantes no son compatibles con otros sintéticos o con lubricantes minerales y no pueden ser mezclados. Adicionalmente, algunos de estos fluidos no son compatibles con los materiales utilizados por los fabricantes de equipos para elaborar embragues y componentes de frenos y mangueras hidráulicas. Por lo tanto, antes de realizar cualquier cambio en el tipo de lubricante, es muy importante familiarizarse con el lubricante, incluyendo sus ventajas y desventajas, así como realizar una comparación con los aceites minerales de alto desempeño disponibles en el mercado. Es muy probable que un aceite mineral de alta calidad, de diferente viscosidad o clasificación de desempeño pueda solucionar un problema operacional, eliminando la necesidad de utilizar un lubricante sintético más costoso. La información sobre lubricantes minerales o sintéticos puede ser obtenida contactando directamente los departamentos de servicios técnicos de las grandes compañías de lubricantes, a un laboratorio independiente de análisis de lubricantes que tenga una reputación intachable o a un ingeniero de lubricación especializado. Contrario a la creencia popular, los vendedores de equipos y los distribuidores de aceite conocen muy poco sobre lubricantes, además de transmitir las recomendaciones de lubricantes dadas por los fabricantes de maquinaria, y no son una fuente confiable de información que se pueda utilizar para la selección de lubricantes sintéticos. El aspecto más importante a considerar es que el uso de un aceite sintético se pude justificar sólo si:
- Soluciona algún problema operacional que uno mineral no puede, como por ejemplo temperaturas de operación extremas o requerimientos de compatibilidad
- Reduce suficientemente los costos operacionales que compensen los altos costos iniciales por su adquisición
Una vez que se ha realizado el cambio hacia sintético, este debe ser tratado de la misma manera como se trataría un lubricante mineral. Dado que los lubricantes sintéticos se contaminan con metales de desgaste, hollín, residuos de combustión y subproductos del combustible como ácidos y compuestos de azufre de la misma forma en que se contaminan los minerales, puede no ser razonable esperar que duren más tiempo en servicio. Los niveles de aceite deben verificarse periódicamente, los filtros inspeccionarse o cambiarse regularmente y tomar las muestras con una frecuencia establecida y enviarlas a un laboratorio de análisis competente. Para aquellos que insisten en la extensión de los intervalos de cambio de aceite cuando se utilizan lubricantes sintéticos, el análisis del lubricante es de particular importancia porque advierte sobre incrementos en las tasas de desgaste de los componentes, en los niveles de contaminación y en los cambios de viscosidad del lubricante.
- ¿Pueden los aceites sintéticos mezclarse con los aceites minerales?
El efecto va a depender del tipo de básico sintético que fue mezclado con básicos minerales. Los básicos sintéticos del tipo Polialfaolefinas y diésteres pueden ser mezclados con básicos lubricantes minerales, lo cual se hace regularmente para crear “mezclas” de productos. Las bases sintéticas del tipo Polialquilén glicol (PAG) no deben ser mezcladas con ningún otro tipo de básico lubricante a menos que se utilicen fluidos de barrera específicos para minimizar el impacto de incompatibilidad. Cuando los PAG son mezclados con otros lubricantes, normalmente se generan reacciones muy negativas (lodos y residuos pegajosos) que requieren de un esfuerzo adicional para lavar, limpiar y corregir el problema. Aún si los básicos lubricantes son compatibles, existe la posibilidad de que los aditivos utilizados para generar las propiedades de desempeño del lubricante entren en conflicto, dando como resultado una pérdida de la efectividad del lubricante. Antes de realizar una mezcla intencional de lubricantes, es aconsejable realizar pruebas de desempeño como por ejemplo filtrabilidad, estabilidad a la oxidación, liberación de aire y demulsibilidad. Recuerde, los lubricantes de hoy día son productos sofisticados, formulados para cumplir los requisitos de lubricación de los equipos de tecnología reciente. El viejo dicho de “aceite es aceite” no se puede seguir usando. El mezclar lubricantes está lleno de peligros – para su equipo, su negocio y su billetera. Cuando tenga dudas, no mezcle aceites diferentes. Si esto ocurre accidentalmente, solucione el problema inmediatamente. No tenga miedo de llevar a un experto a su planta, bien sea el fabricante del aceite, el proveedor de aditivos o un consultor independiente. Sus respuestas a una situación donde se han mezclado diferentes lubricantes van a depender de los productos mezclados, la aplicación final, la concentración relativa de los productos en la mezcla y del volumen total involucrado. En su forma menos severa, la mezcla de lubricantes puede llevarlos a una pérdida de su desempeño. La mezcla de aceites sintéticos y aceites minerales de motor con el mismo nivel de desempeño API no va a dañar su motor, pero se pierden todos los beneficios de desempeño que se esperan de un sintético. Del otro lado del espectro, mezclar un aceite de turbina típico con un aceite hidráulico antidesgaste usado en una bomba hidráulica puede significar un desastre. Se pueden generar depósitos que incrementarán el desgaste y el taponamiento de los filtros. Se pueden realizar pruebas sencillas para confirmar problemas con mezclas de lubricantes sin tener el acceso formal a un laboratorio de lubricantes. Caliente una mezcla de aceites o dos aceites a los cuales se requiere conocer si son compatibles y examine su claridad. Si la mezcla se torna turbia, esos aceites no son compatibles. Para corroborar, colóqueles una pequeña cantidad de agua, mezcle completamente y continúe calentando. Deje la mezcla en reposo por algunas horas a temperatura ambiente. Si se forma un depósito sólido en la mezcla, no son compatibles.
- Las ventajas de los lubricantes grado alimenticio
Por grado alimenticio, se refiere a H1 – un aceite que puede tener contacto incidental con alimentos. Bajo estas circunstancias, el requisito es un aceite que contiene sólo los aditivos que aparecen en la “lista de compuestos aprobados” de la Administración de Drogas y Alimentos (FDA). Generalmente, los aceites H1 son formulados con bases lubricantes del tipo Polialfaolefinas (PAO), Polialquilén glicol (PAG) o aceites blancos. Además, los aceites formulados con aditivos del tipo azufre/fósforo no satisfacen los requerimientos para un H1. Los lubricantes H2 son utilizados en equipos o partes de maquinaria localizados en lugares donde no existe la posibilidad de que el lubricante o la superficie lubricada entre en contacto con el alimento. Estos compuestos pueden ser usados como lubricantes, como anticorrosivos o película antiherrumbre en equipos y partes de maquinaria o en sistemas cerrados localizados en lugares donde no existe la posibilidad de que el lubricante o la parte lubricada entre en contacto con el alimento. Los lubricantes H3, también conocidos como aceites solubles o comestibles, son usados para limpiar y prevenir la herrumbre en ganchos, carretillas y equipos similares donde de repente un cambio en las propiedades del fluido, puede fácil y rápidamente generar un desgaste anormal en los componentes del sistema. En términos de resistencia a la oxidación, los sintéticos (PAO, PAG, etc.) pueden mostrar un desempeño ligeramente superior a los aceites minerales, mientras que el aceite blanco natural refinado tiene una estabilidad a la oxidación de largo plazo que se acerca mucho a la de los sintéticos. Del mismo modo, la demulsibilidad de los aceites blancos y de los PAO será por lo general mejor que la de los aceites minerales (no obstante las diferencias principales que puedan presentar los paquetes de aditivos, los cuales también puede afectar la demulsibilidad) debido a su inherente “pureza” y a la ausencia de compuestos polares. PARTEQUIPOS SA
