MECANISMO DE FALLA DEL LUBRICANTE EN COMPRESORES DE TORNILLO ROTATIVO

Uno de los principales factores que afecta la confiabilidad operativa de los compresores de aire y su costo de mantenimiento, es el aceite lubricante. A lo largo de su vida útil puede generar contaminantes sólidos y ácidos nocivos que afectarán los componentes del sistema de compresión como: rodamientos, sellos mecánicos, enfriadores, separadores, etc. Estos contaminantes van “degradando” el aceite y con el tiempo producen cambios físicos como desgaste excesivo, oxidación, corrosión, formación de depósitos, lodos y barniz (suciedad), que son las principales causas de falla del compresor.

El aceite lubricante de un compresor de aire de tornillos rotativos no es un aceite cualquiera, está especialmente formulado para tener un alto rendimiento y cumplir con funciones específicas como: lubricación de rodamientos y engranajes, enfriamiento del compresor y sellado de las cámaras de compresión. Además, deben tener propiedades de resistencia a la oxidación, a la formación de ácidos nocivos, así como a la formación de barnices y depósitos.

La vida útil del aceite lubricante es un factor importante ya que está relacionado directamente con la confiabilidad del compresor. A mayor vida útil del aceite, habrá menos paradas por fallas debido a deficiente lubricación, se incrementan los tiempos de operación, aumenta el tiempo medio entre fallas y se reduce los costos de mantenimiento.

¿PERO QUÉ ES LA DEGRADACIÓN DE UN ACEITE LUBRICANTE?
El aceite trabaja en un entorno altamente corrosivo, por ende, su calidad, el rendimiento y su vida útil empieza a deteriorarse desde que entra en servicio. La degradación del aceite es un proceso destructivo continuo debido a factores como: contaminación, desgaste de aditivos, formación de ácidos.

MECANISMO DE DEGRADACIÓN Y FALLA DEL ACEITE LUBRICANTE

1. CONTAMINACIÓN
El aceite está expuesto al aire del entorno operacional del compresor, que ingresa a través de la succión con una temperatura y humedad relativa específicas. Además, contiene oxígeno y otros compuestos destructivos, iniciándose así el proceso de degradación. Una vez que se inicia este proceso no podemos saber a ciencia cierta cuánto tiempo puede trabajar el aceite lubricante antes de requerir su reemplazo o dañar algún componente interno del sistema de compresión.

El aire que ingresa al compresor en grandes volúmenes contiene oxígeno, vapor de agua, polución, gases ácidos, vapores químicos, partículas en suspensión, así como otros muchos contaminantes que pudieran estar dentro del entorno operativo del compresor. Durante el proceso de compresión y elevada temperatura, estos contaminantes se mezclan con el aceite generando reacciones químicas secundarias bajo presión. Estas reacciones alteran la estructura molecular del aceite, generan ácidos nocivos y desgastan los aditivos, disminuyendo la capacidad de lubricación y la vida útil del aceite lubricante.

2. AGOTAMIENTO ADITIVO
Para mejorar la vida útil y el rendimiento del aceite lubricante, en su formulación se agregan aditivos químicos especiales en cantidades que dependen del aceite base usado. Generalmente estos productos químicos se usan en un porcentaje en volumen no mayor del 5%, ya que son costosos e incrementan el costo de producción. En términos generales, se podría decir que a mayor dosis de aditivos se mejora la vida útil, el rendimiento y las propiedades de protección del aceite. Sin embargo, muchos formuladores acortan la dosificación de aditivos a fin de reducir costos de producción limitando la vida útil del aceite, lo cual genera incremento de la frecuencia de reemplazo. Los aditivos más utilizados son los inhibidores de la oxidación y la corrosión, y en la medida que los aditivos se agoten, la tasa de degradación se incrementa impulsando la producción de ácidos, así como los procesos de corrosión y desgaste.

La tasa de degradación del aceite y el agotamiento aditivo son acelerados por contaminantes como el agua, los ácidos y las partículas de metal ultra fina que actúan como catalizadores que sumado a la temperatura elevada del aceite impulsan las reacciones químicas. Se estima que, por cada 18°F de aumento de la temperatura del aceite, se duplica la velocidad de las reacciones que incrementan la tasa de degradación. En otras palabras, el aceite de un compresor que opera a 180°F alcanzará la mitad de la vida útil que la de un aceite que opera a 162°F en el mismo entorno operacional. Considerando los efectos adversos de la alta temperatura, del agua y de los contaminantes sobre la tasa de degradación del aceite y el agotamiento aditivo, los fabricantes siempre recomiendan que el aceite se debe operar «frío, limpio y seco» tanto como sea posible.

3. OXIDACIÓN
A mayor contaminación y agotamiento aditivo, el aceite se vuelve más vulnerable al ataque de las reacciones químicas, siendo el más frecuente de estos, la oxidación que viene a ser una reacción química compleja entre el oxígeno del aire, el aceite y sus aditivos, afectando las propiedades físicas y químicas del aceite. La reacción de oxidación es «auto catalítica», lo que significa que una vez que se producen los ácidos, se convierten en un catalizador que acelera la reacción para producir más y más ácidos y consumir aditivos a un ritmo cada vez mayor. La oxidación y presencia de ácidos en el aceite del compresor de tornillos rotativos van prácticamente de la mano.

La mayoría de los ácidos que se encuentran en el aceite lubricante del compresor son subproducto de la oxidación y son relativamente débiles (pH> 5.0). Sin embargo, los gases ácidos que se encuentran en el aire, comúnmente en zonas contaminadas y en entornos industriales, que ingresan a los compresores de aire, suelen ser mucho más fuertes y más destructivos. Tanto los ácidos débiles como los ácidos fuertes se acumulan en el aceite y actúan como catalizadores para acelerar la oxidación, el agotamiento aditivo, corrosión y la degradación del aceite.

4. DEGRADACIÓN
Además de producir ácidos y cambios físico-químicos adversos en el aceite, la oxidación puede conducir a otras reacciones dañinas como policondensación, hidrólisis y polimerización. Estos cambios físico-químicos también pueden ocurrir en aceites base, aceites minerales, di-esteres, hidrocarburos sintéticos y aceites sintéticos PAO poli-alfaolefinas.

La polimerización causa fuerte aumento de la viscosidad del aceite y produce sólidos insolubles no deseados como lodos y barnices. La mayor viscosidad en combinación con sólidos insolubles y barniz obstruyen el flujo de aceite, provocando deficiencia en la transferencia de calor de los enfriadores lo que hace que el compresor se caliente. El incremento de la temperatura acelera el proceso de degradación del aceite inhibiendo aún más la transferencia de calor, generando que la temperatura suba constantemente.

5. FALLA
A medida que la secuencia destructiva de contaminación, agotamiento aditivo, oxidación y degradación progresan constantemente, la capacidad del aceite para lubricar, enfriar, limpiar y proteger los componentes internos del compresor se debilita. Una vez que los aditivos se vuelven críticamente bajos y se acumulan ácidos y otros contaminantes catalíticos, el aceite se volverá «frágil» y puede fallar rápidamente.

El modo de falla específico de un aceite lubricante variará según el tipo de aceite base utilizado en su formulación. Algunos aceites base como los hidrocarburos sintéticos (SHC) y aceites sintéticos poli-alfaolefinas (PAO), utilizados con frecuencia por muchos fabricantes de compresores, aumentarán su viscosidad a medida que se polimerizan formando un barniz pegajoso y semisólido. Si el barniz no es detectado a tiempo, producirá obstrucciones en el interior del compresor restringiendo el flujo normal de aceite y finalmente provocando su falla. La reparación del compresor es generalmente demanda mucho tiempo y es costosa, requiriendo además de limpieza química. El barniz se puede prevenir con alguna facilidad utilizando aceites base con químicos «libres de barniz» tal como los fluidos sintéticos PAG / POE (poli-alquilenglicol / éster de poliol), fácilmente disponibles hoy en día.