El aceite base es el componente fundamental
de un lubricante, de su calidad van a depender sus propiedades y su duración.
Además su contenido es muy elevado, entre el 80 % y el 90 % del total de un
aceite lubricante.
Este aceite base tiene, por su composición,
una serie de propiedades que marcan el comportamiento del lubricante con el que
se han formulado, las propiedades principales son:
· Estabilidad a la oxidación, esto es, al proceso de degradación a la
reacción con el oxígeno inducido por la temperatura.
· Estabilidad térmica, o estabilidad a altas temperaturas sin presencia de oxígeno.
· Formación de residuos carbonosos, o cantidad de formación de residuos sólidos
por efecto de las altas temperaturas.
· Solvencia natural, es la capacidad de una base lubricante para disolver otros
productos químicos, como son los aditivos o contaminantes.
· Protección de juntas, los aceites base no deberían dañar juntas de elastómeros, pero
debido a su capacidad disolvente y su polaridad molecular pueden tener algunos
efectos que se corrigen con la utilización de aditivos adecuados.
· Índice de viscosidad, o estabilidad de la viscosidad con la temperatura, que depende
de la composición del aceite base.
· Comportamiento a baja temperatura, los aceites base no
deben tener contenidos en ceras que solidifiquen a bajas temperaturas, sin
embargo, las bases que cumplen con esta característica tienen un índice de
viscosidad moderado.
· Volatilidad, es una medida de la tendencia a la evaporación de sus partículas
más volátiles, lubricantes con alta volatilidad tienen un punto de evaporación
más bajo y son más inflamables.
· Herrumbre y corrosión, los aceites base deben estar libres de agua y ácidos para evitar
estos problemas.
· Color, el color de la base depende de su grado de refino, así las bases
refinadas tienen un color marrón-miel, mientras que las hidroprocesadas
presentan un color amarillo-dorado, las bases sintéticas son transparentes o
las bases más pesadas presentan colores negro-verdosos. El color no tiene
ninguna influencia en el comportamiento final del lubricante.
· Toxicidad, los aceites base son menos tóxicos según son más refinados,
logrando obtener incluso bases no tóxicas para algunas aplicaciones.
· Biodegradabilidad, los aceites base muy refinados y sintéticos pueden llegar a ser
prácticamente biodegradables, esta biodegradabilidad se garantiza utilizando
ésteres de origen vegetal.
· Demulsibilidad, es la capacidad para separar el agua y depende de su polaridad molecular.
· Formación de espuma, depende de su capacidad para absorber partículas de aire.
1. Bases Minerales.
Los lubricantes con base mineral, son
aquellos que utilizan una base destilada y refinada del petróleo. Los productos
válidos para la lubricación se obtienen por destilación al vacío. Dependiendo
del tipo de petróleo y del proceso de destilación obtendremos lubricantes de
diferentes calidades y propiedades.
En todos los casos se trata de una
combinación de parafinas, iso-parafinas, naftas, aromáticos y compuestos de
azufre y nitrógeno. En función del contenido en parafinas e iso-parafinas, los
aceites base se denominan nafténicos (entre 42 % y 50 % de parafinas), neutros (entre 50 % y 56 %) y parafínicos (entre 56 % y 67 %). Este contenido en
parafinas depende de la procedencia geográfica del crudo.
Figura 1 Bases minerales: (a) y (b) - Parafinas, (c) - Nafténicos, (d) - Aromáticos
Estas bases aportan, como principales
ventajas, una excelente lubricidad y protección contra la corrosión, son
compatibles con recubrimientos y juntas, facilitan la solubilidad de los
aditivos, aportan estabilidad hidrolítica y unos costes muy competitivos.
Por otro lado estas bases tienen un punto de
inflamación bajo, un punto de congelación elevado y baja estabilidad a la
oxidación y a la temperatura, lo que limita su rango de temperaturas de trabajo
y su duración.
La asociación API (American
Petroleum Institute, USA) clasifica las bases minerales por su contenido en
azufre, en saturados y su índice de viscosidad.
De modo general, las bases del Grupo I se producen de forma tradicional
mediante procesos de refino y eliminación de ceras, mientras que las bases del Grupo II y Grupo
III se obtienen mediante
procedimientos de hidroprocesado, acompañados de eliminación de ceras o de
isomerización respectivamente.
Base
|
Contenido en saturados
|
Contenido en azufre
|
Índice de viscosidad
|
Grupo I
|
<90 %
|
>0.03 %
|
80 – 120
|
Grupo II
|
>90 %
|
<0.03 %
|
80-120
|
Grupo III
|
>90 %
|
<0.03 %
|
>120
|
Tabla 1 Clasificación API (1ª parte)
2. Bases Regeneradas.
El lubricante, una vez utilizado, presenta
restos de metales de desgaste, restos de oxidación, sustancias procedentes de
la combustión, combustible, agua y refrigerantes, lo que hace que debamos
sustituir el lubricante; sin embargo la mayoría de las moléculas del aceite
base se encuentran en buenas condiciones y pueden utilizarse de nuevo, para
ello se puede realizar un proceso de regeneración que elimine estos
contaminantes así como su contenido en aditivos.
El proceso de regeneración comienza con un pre-tratamiento químico que aglomera metales de desgaste y
lodos para facilitar su eliminación.
Posteriormente, se procede a un proceso de
destilación que comienza con una deshidratación de la base, para eliminar todo el
contenido en agua calentando la base por encima de 100º C; eliminación de combustible mediante calentamiento de la base a
alta temperatura y baja presión; finalizando con un proceso de destilación al vacío.
Por último, se lleva a cabo un proceso de hidroprocesado en el que, mediante hidrogenación
catalítica a alta temperatura y alta presión, se eliminan los restos de azufre,
nitrógeno, cloro y componentes oxidados.
Con este proceso se producen bases del Grupo I pudiendo alcanzarse, según la
calidad del proceso de hidroprocesado, bases del Grupo II.
3. Bases Gas-to-Liquids (GTL).
Gas-to-Liquids es un proceso que transforma
gas natural en combustible y aceite base, consiste en agrupar moléculas de gas
natural hasta alcanzar cadenas de hidrocarburos más largas. El resultado es una
base de gran pureza, compuesta por iso-parafinas, sin presencia de
contaminantes como azufre, aromáticos o metales; que puede considerarse como Grupo III o incluso transformarse para
considerarse Grupo IV.
Las iso-parafinas producidas por este proceso
presentan una buena viscosidad, resistencia a la oxidación y buen
comportamiento a bajas temperaturas.
4. Bases Sintéticas.
Los lubricantes sintéticos utilizan como
bases moléculas sintéticas, es decir obtenidas por síntesis en laboratorio,
pudiendo ser o no de origen petrolífero.
De modo general, las bases sintéticas tienen
una mayor capacidad para soportar temperaturas extremas que las bases
minerales, por lo que proporciona una mayor protección a altas y bajas
temperaturas.
Base
|
Tipo de Base
|
Grupo IV
|
Polialfaolefina
|
Grupo V
|
Resto de bases sintéticas
|
Tabla 2 Clasificación API (2ª parte)
Las bases sintéticas más habituales son:
a. Hidrocarburos sintéticos:
Los hidrocarburos sintéticos (SHF) suponen el
tipo de base sintética de más rápido crecimiento, tienen la característica
común de que son totalmente compatibles con las bases minerales.
Las Polialfaolefinas
(PAO) se componen de estructuras de oligómeros hidrogenados de un
alfa-olefina, con la fórmula general (-CH2-)n,
hidrocarburos libres de azufre, fósforo, metales y ceras. Aportan una
excelente estabilidad térmica y
fluidez a bajas temperaturas, un alto índice de viscosidad, una baja volatilidad
y son compatibles con bases minerales. En su contra tienen baja resistencia a
la oxidación y solvencia de aditivos, por lo que a menudo se combinan con
otras bases sintéticas para compensar este problema.
Estas propiedades convierten a esta base en
muy recomendable para la formulación de lubricantes de motor y para
transmisiones en automoción.
Los Alquilatos
Aromáticos se forman por alquilación de un compuesto aromático, normalmente
benceno o naftaleno. Aportan un buen comportamiento a bajas
temperaturas, buena solvencia de aditivos, buena estabilidad térmica y
lubricidad. Aunque su índice de viscosidad es similar al de las bases
minerales, su volatilidad es inferior y son más estables a la
oxidación, las altas temperaturas y la hidrólisis. Se utilizan en lubricantes
de motor y transmisiones.
Los Polibutenos se
obtienen por polimerización de butenos e isobutilenos. Comparándolos con
otras bases sintéticas, es más volátil, menos resistente a la
oxidación y tiene un menor índice de viscosidad; tiene baja tendencia
a formar humos y carbonillas por lo que se utilizan en la formulación
de lubricantes de 2 tiempos. Se utiliza también como base de
lubricantes para cajas de cambios, en combinación con bases minerales
o sintéticas.
b. Polialquilenglicoles (PAG):
Se obtienen por polimerización de óxidos de
etileno o de propileno para formar copolímeros. La solubilidad de la base en
agua o en hidrocarburos depende del óxido utilizado.
Aportan excelentes características
viscosidad/temperatura, bajo punto de congelación, buena estabilidad térmica,
alto punto de inflamación, buena lubricidad, buena estabilidad al
cizallamiento, no es corrosivo para la mayoría de metales y es respetuoso con
cauchos.
Sus principales desventajas son su baja
solvencia de aditivos y su incompatibilidad con otros lubricantes y con
recubrimientos y juntas.
Se utilizan como base de los líquidos de
frenos (tipos DOT3 y DOT 4), por su capacidad para absorber el agua; y en
lubricantes para motores de 2 tiempos ya que no produce depósitos a altas
temperaturas.
c. Ésteres sintéticos:
Son el resultado de la reacción química entre
un ácido orgánico y un alcohol. Presentan una excelente lubricidad, estabilidad
térmica y a la hidrólisis, solvencia de aditivos y presentan una buena
compatibilidad con otras bases y con aditivos.
Sin embargo algunos ésteres pueden dañar y
envejecer juntas por lo que requiere materiales especiales.
Se utilizan como bases de lubricantes de
motor, mezclados con otras bases sintéticas porque mejoran el comportamiento a
bajas temperaturas, reducen el consumo de combustible, aumentan la protección
al desgaste y la retención de la viscosidad.
Como base de lubricantes de motores de 2
tiempos, reducen la formación de residuos, protegiendo segmentos, pistones y
bujías. Además, al proporcionar una mejor lubricidad, permite reducir la
proporción de lubricante en el aceite de los 50:1 de una base mineral hasta
100:1 e incluso 150:1.
Los Ésteres
Fosfatados se utilizan como
aditivos anti-desgaste de otras bases lubricantes debido a su gran lubricidad,
y como base para fluidos hidráulicos y lubricantes de compresores debido a su
baja inflamabilidad. Sin embargo tienen una baja estabilidad hidrolítica y
térmica, bajo índice de viscosidad y comportamiento pobre a bajas temperaturas.
Además, es una base muy disolvente por lo que es muy agresivo con pinturas,
recubrimientos y juntas.
Los Ésteres
de Poliol presentan una alta
estabilidad a altas temperaturas, buena estabilidad hidrolítica y buen
comportamiento a bajas temperaturas, baja volatilidad y bajo índice de
viscosidad; es una base agresiva con pinturas y juntas. Gracias a su buena
miscibilidad con gases hidrofluorocarbonados (HFC) se utilizan en compresores
de sistemas de refrigeración.
d. Poliéteres:
En este grupo podemos encontrar Poliéteres Perfluorados, como
el PFPE, que presenta una densidad de aproximadamente el doble que otras bases,
con las que no es miscible, y no es inflamable. Tiene muy viscosidad muy
estable con la temperatura, son muy estables a la oxidación y al agua, y son
químicamente inertes a la vez que presentan estabilidad a la radiación. estas
propiedades, junto a su estabilidad al cizallamiento, lo hacen adecuado como
fluido hidráulico en aplicaciones aeroespaciales.
Los Polifenil
Éteres presentan mayor estabilidad pero tienen peor comportamiento
viscosidad - temperatura, se utilizan principalmente como fluidos hidráulicos
resistentes a las altas temperaturas y a la radiación.
Los Polisiloxanos o Siliconas aportan
índices de viscosidad muy elevados, bajo punto de congelación y buena
estabilidad térmica y a la oxidación lo que les hace adecuados para operar en
un amplio rango de temperaturas; son químicamente inertes y no tóxicos,
resistentes al fuego y al agua, tienen baja volatilidad y son compatibles con
plásticos y elastómeros. Sin embargo presentan varios inconvenientes,
tales como la formación de residuos abrasivos al degradarse, no forman películas
lubricantes adherentes debido a su baja tensión superficial, y no presentan una
buena solvencia con aditivos. Se utilizan como fluidos en sistemas de
frenos hidráulicos y como aditivos antiespuma en lubricantes.
En la tabla se comparan los comportamientos
de diferentes bases sintéticas con una base mineral.
Tabla 3 Comparación entre aceites base
5. Bases Biológicas.
Proceden principalmente de la soja, colza,
palma, girasol y cártamo. Los lubricantes de base biológica aportan una gran
biodegradabilidad, gran lubricidad, elevados puntos de inflamación e índice de
viscosidad; por el contrario su punto de fluidez es muy elevado y tienen baja
estabilidad a la oxidación, a esto hay que añadir la dificultad que presenta su
reciclado.Sus aplicaciones principales son sistemas
hidráulicos, transmisiones y reductores, compresores y grasas. Principalmente
en aplicaciones a pérdida, en interior o en condiciones que no sufran bajas
temperaturas, aplicaciones de industria alimentaria o donde se exija un
especial cuidado del medio-ambiente.
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