Aceite sintético

El aceite sintético es un lubricante que consiste en compuestos químicos modificados o sintetizados artificialmente. Los lubricantes sintéticos pueden fabricarse utilizando componentes de petróleo modificados químicamente en lugar de petróleo crudo entero , pero también pueden sintetizarse a partir de otras materias primas. Sin embargo, el material base sigue siendo, en su gran mayoría, petróleo crudo que se destila y luego se modifica física y químicamente. El proceso de síntesis real y la composición de los aditivos generalmente son un secreto comercial y varían entre los productores. ^[1]

El aceite sintético se utiliza como sustituto de los aceites refinados a partir del petróleo cuando se opera en temperaturas extremas. ^[2] Los motores a reacción de los aviones , por ejemplo, requieren el uso de aceites sintéticos, mientras que los motores de pistón de los aviones no. ^[3] Los aceites sintéticos también se utilizan en el estampado de metales para proporcionar beneficios ambientales y de otro tipo en comparación con los productos convencionales a base de petróleo y grasa animal. ^[4] Estos productos también se conocen como "sin aceite" o "libres de aceite".

Un aceite sintético de polialcanoato se utiliza ampliamente para lubricar relojes de péndulo .

Algunos aceites sintéticos se fabrican a partir de aceites base del Grupo III , otros a partir del Grupo IV, mientras que otros pueden ser una mezcla de ambos. Mobil demandó a Castrol y Castrol prevaleció al demostrar que su aceite base del Grupo III había sido modificado lo suficiente como para que calificara como totalmente sintético. Desde entonces, el Instituto Americano del Petróleo (API) ha eliminado todas las referencias a los sintéticos en su documentación sobre estándares. "Totalmente sintético" es un término de marketing y no es una calidad medible.

La poli-alfa-olefina (poli-α-olefina, PAO) es un polímero no polar que se obtiene mediante la polimerización de una alfa-olefina. Se le asigna el Grupo IV de API y es un compuesto químico 100 % sintético. Es un tipo específico de olefina (orgánica) que se utiliza como base en la producción de la mayoría de los lubricantes sintéticos. ^[5] Una alfa-olefina (o α-olefina) es un alqueno en el que el doble enlace carbono-carbono comienza en el átomo de carbono α, es decir, el doble enlace está entre los carbonos n.° 1 y n.° 2 de la molécula. ^[6]

Los aceites base del grupo V están definidos por API como cualquier otro tipo de aceite que no sean aceites minerales o lubricantes PAO.

Los ésteres son los sintéticos más famosos del Grupo V, que son compuestos químicos 100% sintéticos que consisten en un carbonilo adyacente a un enlace éter . Se derivan de la reacción de un oxoácido con un compuesto hidroxílico como un alcohol o fenol . Los ésteres suelen derivar de un ácido inorgánico o de un ácido orgánico en el que al menos un grupo -OH (hidroxilo) se sustituye por un grupo -O-alquilo ( alcoxi ), más comúnmente de ácidos carboxílicos y alcoholes. Es decir, los ésteres se forman condensando un ácido con un alcohol.

Muchos "ésteres" químicamente diferentes debido a su polaridad y generalmente a su excelente lubricidad se utilizan por diversas razones como "aditivos" o "bases" para lubricantes. ^[6]

Los términos polialquilenglicol y poliglicol se utilizan indistintamente. ^[7]

Los lubricantes sintéticos representan aproximadamente el 4% del mercado de lubricantes. Los PAG representan aproximadamente el 24% del mercado de lubricantes sintéticos.

El etileno es la materia prima básica que se utiliza para fabricar los aceites lubricantes sintéticos de poliglicoles. Cuando el etileno y el propileno reaccionan con el oxígeno se obtienen óxido de etileno (EO) y óxido de propileno (PO), a partir de los cuales se producen los polialquilenglicoles mediante polimerización. Los polialquilenglicoles se fabrican habitualmente combinando óxido de etileno y/o óxido de propileno con un alcohol o agua.

La proporción de mezcla entre EO y PO, más el oxígeno unido en la estructura química, afectan de manera crucial el comportamiento de los poliglicoles. La industria de engranajes utiliza predominantemente poliglicoles con una proporción EO/PO de 50:50 a 60:40, que muestran un comportamiento muy similar. Los poliglicoles que presentan esta composición también se denominan generalmente poliglicoles solubles en agua. ^[8]

Los aceites base de polialquilenglicol se forman al hacer reaccionar un alcohol con uno o más óxidos de alquileno: el óxido de propileno proporciona insolubilidad en agua, el óxido de etileno proporciona solubilidad en agua.

Los PAG ofrecen propiedades que incluyen: alta lubricidad, polaridad, bajas propiedades de tracción, alto índice de viscosidad, velocidades de enfriamiento controladas, buena estabilidad de temperatura y bajo desgaste. Están disponibles tanto en formas solubles en agua como insolubles. ^[9]

Los PAG se utilizan comúnmente en fluidos de enfriamiento, fluidos para trabajar metales, aceites para engranajes, aceites para cadenas, lubricantes de grado alimenticio y como lubricantes en equipos hidráulicos tipo HFC y compresores de gas. ^[9] Los lubricantes PAG son utilizados por los dos mayores fabricantes de equipos originales de compresores de aire de EE. UU. en compresores de aire de tornillo rotativo. ^[7] Los aceites PAG de diferentes grados de viscosidad (generalmente ISO VG 46 o ISO VG 100) se utilizan a menudo como lubricantes para compresores de sistemas de aire acondicionado de automóviles que emplean refrigerantes de bajo potencial de calentamiento global .

Los PAG están disponibles en una amplia gama de grados de viscosidad y paquetes de aditivos para una variedad de usos. Algunas propiedades de los PAG, como la solubilidad en agua, no suelen ofrecerlas otros lubricantes sintéticos, como las polialfaolefinas (PAO).

Los PAG evitan que se formen lodos y barnices a altas temperaturas. Los PAG tienen índices de viscosidad más altos que los PAO. ^{[10] [11] [12]}

En engranajes grandes, el lubricante PAG produjo una fricción menor que el lubricante PAO. ^[13]

Los aceites PAG son polares, lo que significa que se desarrolla fácilmente una película de aceite sobre todas las partes metálicas móviles, lo que reduce el desgaste en el arranque.

Los PAG pueden ser altamente biodegradables, particularmente los PAG solubles en agua. ^[14]

Los PAG funcionan mejor en condiciones climáticas extremas. ^[15]

Los PAG no son compatibles con aceites minerales, la mayoría de los sellos, pinturas y barnices. ^{[16] [7]}

El aceite sintético es más caro que los aceites minerales. ^[17]

El PAG generalmente es compatible con materiales de fluoroelastómeros a base de fluorocarbono y caucho de silicona de vinilmetilsilicona (VMQ) .

El PAG actúa como solvente y disuelve y elimina la grasa mineral que provoca movimientos más lentos, fugas de aire y puede impedir que las válvulas de cuatro vías funcionen. ^{[18] [19]}

El caucho natural, el Buna-N y la mayoría de los sellos comunes son incompatibles con los aceites PAG, especialmente los sellos recubiertos con grasa mineral. Los aceites PAG pueden hacer que los sellos se encojan o hinchen, lo que provoca fugas graves o agarrotamiento del sello. Los cilindros neumáticos y las válvulas de 4 vías suelen utilizar sellos de caucho Buna-N recubiertos con grasa mineral. ^[20]

Los aceites semisintéticos (también llamados "mezclas sintéticas") son una mezcla de aceite mineral y aceite sintético, que están diseñados para tener muchos de los beneficios del aceite totalmente sintético sin su costo. Motul presentó el primer aceite de motor semisintético en 1966. ^[21]

También se pueden considerar lubricantes sintéticos los lubricantes que contienen materias primas sintéticas en cantidades inferiores al 30% pero con aditivos de alto rendimiento que consisten en ésteres. En general, la proporción de materias primas sintéticas se utiliza para definir los códigos de productos en las declaraciones de aduanas a efectos fiscales.

Los aceites base de tipo API Grupo II y API Grupo III ayudan a formular lubricantes semisintéticos de tipo más económico. Los aceites base minerales de tipo API Grupo I, II, II+ y III se utilizan ampliamente en combinación con paquetes de aditivos, paquetes de rendimiento y ésteres y/o poli-alfa-olefinas API Grupo IV para formular lubricantes de base semisintética. Los aceites base API Grupo III a veces se consideran totalmente sintéticos, pero aún se clasifican como aceites base minerales de nivel superior. Un material sintético o sintetizado es aquel que se produce combinando o construyendo unidades individuales en una entidad unificada. Los aceites base sintéticos como los descritos anteriormente son artificiales y están diseñados para tener una estructura molecular controlada con propiedades predecibles, a diferencia de los aceites base minerales, que son mezclas complejas de hidrocarburos y parafinas naturales. ^{[22] [23]}

Las ventajas de usar aceites de motor sintéticos incluyen un mejor rendimiento de viscosidad a baja y alta temperatura en temperaturas de servicio extremas, ^[24] mejor (más alto) índice de viscosidad (VI), ^[25] y estabilidad química y de corte. ^[26] Esto también ayuda a disminuir la pérdida debido a la evaporación. ^{[25] [27] [28] [29]} Es resistente a la oxidación, descomposición térmica, problemas de lodos de aceite ^[30] y proporciona intervalos de drenaje extendidos, con el beneficio ambiental de generar menos residuos de aceite usado. Proporciona una mejor lubricación en condiciones de frío extremo. ^[25] El uso de aceites sintéticos promete una vida útil más larga del motor ^[25] con una protección superior contra la "ceniza" y otra formación de depósitos en los puntos calientes del motor (en particular en turbocompresores y supercargadores) para una menor quema de aceite y menores posibilidades de obstrucción dañina del conducto de aceite. ^[24] El rendimiento de los automóviles mejora como aumento neto de potencia y torque debido a una menor resistencia interna en el motor. ^[30] Además, puede mejorar la eficiencia del combustible : entre un 1,8% y un 5%, como se ha documentado en pruebas de flotas. ^[25]

Sin embargo, los aceites de motor sintéticos son sustancialmente más caros (por volumen) que los aceites minerales ^[31] y tienen problemas potenciales de descomposición en ciertos entornos químicos (predominantemente en uso industrial). ^[32]