Cómo funcionan los aceites biodegradables en entornos hidráulicos

Se examinan varios fluidos populares, se identifican los signos de problemas y se dan soluciones.

Por Mark Kreitzburg y Doug Muennich

Se han descubierto los efectos ambientales negativos del uso de petróleo y otros lubricantes no biodegradables, y la conciencia se está extendiendo. Para la mayoría de las industrias, es inevitable e importante. Sin embargo, los lubricantes biodegradables "ecológicos" de nueva ingeniería han sido creados por expertos como un sustituto para su uso dentro de los sistemas hidráulicos. Esta innovación no es solo una tendencia; de hecho, las formas de lubricación ecológicas se están convirtiendo en un estándar en el panorama industrial. Específicamente, dentro de la industria de los elevadores hidráulicos, ha habido un impulso repentino hacia estas formas de lubricación.

Si bien los lubricantes biodegradables son efectivos, no están exentos de defectos. Dado que su uso se vuelve tan común como los lubricantes tradicionales a base de petróleo, es importante comprender sus composiciones, mejores usos y diversas debilidades.

Limitaciones y beneficios de los lubricantes ecológicos

Los fluidos de triglicéridos ambientales hidráulicos (HETG) son aceites insolubles en agua derivados de diversas materias primas animales y vegetales. Los fluidos HETG son lubricantes muy eficaces, pero carecen de estabilidad térmica e hidrolítica y tienden a oxidarse rápidamente. Afortunadamente, estos fluidos se pueden modificar para una mayor estabilidad y resistencia a la oxidación. La biodegradabilidad y la no toxicidad de los fluidos HETG los convierten en una opción obvia para el respeto al medio ambiente. Están fácilmente disponibles en abundancia debido a sus propiedades naturales y ofrecen anticorrosión y lubricidad efectivas, así como una alta viscosidad y punto de inflamación.

Los fluidos HETG tienen sus limitaciones, incluido el envejecimiento rápido, la oxidación rápida y el espesamiento y engomado extremos a altas temperaturas. A bajas temperaturas, son susceptibles de gelificarse y espesarse. Una temperatura demasiado alta o demasiado baja puede tener efectos importantes en el rendimiento del sistema hidráulico. Los fluidos HETG son miscibles (pueden mezclarse) con aceite mineral, lo que limita la biodegradabilidad. Además, los fluidos HETG también son una de las opciones biodegradables más caras.

Los fluidos sintéticos de éster ambiental hidráulico (HEES) son ésteres sintéticos insolubles en agua derivados del petróleo o materias primas vegetales. Los fluidos HEES son conocidos por ser duraderos por su fluidez ideal y alta estabilidad térmica y oxidativa a bajas temperaturas en una amplia gama de viscosidades. Sin embargo, sus ventajas terminan ahí. Los fluidos HEES son costosos y requieren requisitos especiales de diseño del sistema para funcionar correctamente dentro de un sistema. También son miscibles con aceites minerales como los fluidos HETG y susceptibles de hidrólisis en presencia de agua.

Los fluidos de poliglicol ambiental hidráulico (HEPG) son polialquilenglicoles solubles en agua, polímeros hechos de la reacción de monómeros de óxido de alquileno. Los fluidos HEPG están disponibles en una amplia gama de viscosidades y funcionan a temperaturas de hasta 80 ° C y hasta -20 ° C. Además, su solubilidad en agua lo convierte en una opción viable como lubricante anhidro (sin agua). Sin embargo, los fluidos HEPG necesitan consideraciones de diseño especiales debido a su incompatibilidad con los sellos de poliuretano y la necesidad de reducir la capacidad nominal de los motores y bombas con estos fluidos.

La polialfaolefina ambiental hidráulica y los fluidos relacionados (HEPR) son polialfaolefinas insolubles en agua y fluidos a base de hidrocarburos relacionados. Los fluidos HEPR tienen una excelente estabilidad a la oxidación y protección contra la corrosión. Aunque solo se consideran ecológicos en baja viscosidad, ofrecen una gran lubricidad y son duraderos con un buen rendimiento de viscosidad en amplios rangos de temperatura. Las desventajas de los fluidos HEPR son su costo e incompatibilidad con varios materiales de sellado y empaquetadura en los componentes del equipo.

Si bien la composición química de estos cuatro tipos de lubricantes biodegradables es el sueño de un químico, la mayoría de nosotros solo necesitamos saber cómo usarlos y por qué. Sus composiciones no se sustituyen entre sí y cada una tiene sus ventajas y desventajas de uso. Se puede seleccionar un sustituto biodegradable adecuado en función de la composición física de los componentes hidráulicos y las necesidades operativas del equipo involucrado.

La insistencia de la ecología

Además de los obvios beneficios ambientales de los lubricantes biodegradables, existe un aspecto de cumplimiento de este cambio en la industria. Como el gobierno ha promulgado muchas regulaciones para conservar el medio ambiente durante los últimos años, aquellos que no cumplen con las regulaciones actuales y previsibles enfrentan serias consecuencias monetarias y operativas. Como resultado, los propietarios de edificios y arquitectos se están subiendo al tren ambiental y estableciendo el estándar para sus elevadores hidráulicos antes de que un mandato del gobierno lo requiera.

Los fabricantes de equipos originales se están asegurando de unirse al panorama ecológico con nuevas tecnologías de equipos. Al cumplir con estas regulaciones ambientales por adelantado y permanecer dentro de las restricciones de los mandatos actuales, aquellos que puedan verse muy afectados por las regulaciones gubernamentales futuras y actuales con respecto a los elevadores hidráulicos pueden continuar funcionando sin verse afectados y dentro del cumplimiento.

Síntomas de degradación de fluidos biodegradables

Independientemente del fluido que elija utilizar en sus componentes hidráulicos, existe el riesgo de una degradación grave. Al igual que los productos a base de petróleo que muestran síntomas de degradación y desgaste, los fluidos biodegradables tienen una lista de elementos de bandera roja que apuntan hacia la descomposición de la composición dentro de los componentes hidráulicos. La degradación o el barniz pueden revestir sus sistemas hidráulicos y causar una amplia gama de problemas y fallas. Los fluidos biodegradables a menudo causan más problemas en el sistema que los productos tradicionales del petróleo. Con la insistencia de los fluidos ecológicos, no se puede dar la espalda a los productos biodegradables para evitar una mayor degradación.

En cambio, al reconocer los siguientes síntomas, se puede identificar y tratar el problema para asegurar la longevidad de un sistema hidráulico:

• Olor fétido: Causado por hidrólisis, una reacción del aceite con el agua que provoca la formación de alcohol y ácido, se sabe que esta combinación crea un mal olor cuando se calienta, algo natural cuando el ascensor está en uso.
• Problemas de nivelación: ocurren cuando las válvulas de control del elevador se atascan o se atascan
• Problemas de la válvula: a menudo causados ​​por la obstrucción del filtro y la válvula atascada
• Fugas: causadas por la junta tórica y la falla del sello

Modos de degradación

Debido a sus limitaciones naturales, los productos biodegradables se descomponen con el tiempo para formar alcoholes, ácidos y barnices dentro de los sistemas hidráulicos. Estas formaciones causan problemas de rendimiento y eventualmente pueden conducir a una falla total del sistema. La mejor forma de describir cómo se produce la degradación en estos aceites biodegradables es analizar una muestra de diagnóstico.

Recolección de la muestra de análisis de barniz

En el siguiente escenario, había dos fluidos definidos como en servicio en este sistema de elevador hidráulico: aceites hidráulicos HEES (a base de éster) y HETG (a base de vegetales). Se entiende que el producto HEES (a base de éster) se colocó en los sistemas después de drenar el producto HETG (a base de vegetales). No se intentó enjuagar entre los dos productos.

Se recogieron un puñado de muestras que mostraban diversas formas de degradación de varias unidades elevadoras. Cada muestra señaló evidencia de degradación crítica causada por debilidades conocidas de los aceites HETG (a base de vegetales). La unidad tenía una acumulación de barniz y lodo en su sistema hidráulico. Se aisló una muestra de barniz de un sistema de fluido HEES de un año para su análisis.

Realización de pruebas de diagnóstico

Para diagnosticar la causa del barniz, la muestra se lavó primero con un solvente para eliminar el líquido adherido. La muestra de barniz preparada se analizó luego usando un instrumento de espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para identificar contaminantes comunes, incluidos los de la degradación del lubricante.

Al comparar la muestra con el fluido de la unidad actual, se puede determinar que este barniz está compuesto por fluido HETG (a base de vegetales) en lugar del fluido HEES (a base de éster), que se encuentra en el sistema contaminado. Esto respaldaría la evidencia de incompatibilidad de fluidos.

Este ejemplo muestra cómo se puede identificar la degradación del aceite biodegradable utilizando el instrumento FTIR (u otros medios de prueba de barniz, como la prueba de colorimetría de parche de membrana). Los resultados de estas pruebas pueden determinar los siguientes pasos para mitigar los contaminantes de la degradación del barniz, mejorar el rendimiento de la unidad de manera exponencial y evitar fallas catastróficas del sistema.

Solución para degradación biodegradable

La degradación o el barniz es una de las principales causas de falla del sistema de ascensores. Teniendo esto en cuenta, las posibilidades de que uno experimente algún nivel de degradación con el uso de productos biodegradables en los sistemas hidráulicos de ascensores son grandes.

Para evitar una falla total, es vital que los departamentos de mantenimiento de ascensores inviertan en los procesos necesarios para mantener la vida útil de sus ascensores hidráulicos. Dependiendo del tipo de fluido utilizado, este proceso se puede adaptar para mitigar eficazmente la contaminación del sistema. Este proceso funciona quitando químicamente el barniz dentro del sistema hidráulico y quitando contaminantes dañinos usando tecnología de remoción de barniz de ingeniería especializada. El resultado de esta solución eficaz será un aumento en el rendimiento general del ascensor, una disminución en la necesidad de costosos reemplazos o reparaciones de válvulas y la eliminación de olores.

Referencias
[1] Marougy, Thelma. “Haciendo el cambio hacia fluidos hidráulicos ecológicos”, MachineDesign (www.machinedesign.com/hydraulics/making-move-eco-friendly-hydraulic-fluids).