Aceite Ideal: Componente Inseparable en los Sistemas de Refrigeración y Aire Acondicionado

Los requerimientos internacionales para la protección del medio ambiente han generado el desarrollo de nueva tecnología, por consiguiente, los aceites lubricantes también han tenido que desarrollarse. Actualmente esta rama de la industria ha necesitado de cambios en los refrigerantes que tradicionalmente se utilizaban.

Todos y cada uno de los elementos que componen a los sistemas de refrigeración y aire acondicionado cumplen con un papel fundamental para el funcionamiento del mismo, ya que sin alguno de estos, dejaría de ser un sistema y por ende su utilidad disminuiría porque se trata de un engranaje complejo cuyos mecanismos actúan de forma armoniosa e interconectada.

En ese sentido, el aceite utilizado en estos sistemas es fundamental debido a que tanto los compresores, el evaporador, las válvulas, entre otros sistemas, interactúan entre sí y requieren de lubricante que además de mantener en óptimas condiciones las piezas mecánicas del compresor, sirva como barrera para separar el gas proveniente de la zona descarga de aquel que viene del área de succión.

De la misma manera, el aceite trabaja como medio de enfriamiento ya que transfiere el calor de los bujes y de todos los elementos del mecanismo del compresor al cárter de donde es enviado a las paredes del compresor. De hecho se considera que  cuanto más viscoso sea el lubricante, el sellado será más óptimo y el nivel de ruido menor.

Cuando un sistema es de tipo hermético o semihermético, en el cual el motor eléctrico es expuesto al gas refrigerante y al aceite, se necesita un lubricante con propiedades dieléctricas, pues el refrigerante va transportando una pequeña porción de lubricante a lo largo del sistema de refrigeración. Este aceite debe regresar al compresor rápidamente y tiene que ser capaz de fluir en bajas temperaturas, estar libre de partículas suspendidas o de elementos como la cera, los cuales pueden obstruir el control del flujo o depositarse en el evaporador y de esta manera afectar la transferencia de calor.

En un sistema hermético, el aceite solamente se cargará una vez y éste debe  durar toda la vida del compresor. Probablemente, la característica que diferencia a los lubricantes en los sistemas de refrigeración a los utilizados en otras aplicaciones, es la estabilidad química requerida en la presencia de gas refrigerante, metales, barniz, aislante del motor eléctrico del compresor y contaminantes.

Naturaleza de los aceites
Los aceites se clasifican en dos grupos, los de origen mineral y sintéticos:

Aceites de origen mineral
Son aquellos que se extraen de la destilación del petróleo y están formados por cadenas de hidrocarburos.

Este tipo de lubricantes pueden ser agrupados en los siguientes conjuntos:

Aceites Parafínicos: Constituidos por una cadena lineal saturada.
Aceites Nafténicos: Constituidos por una cadena cíclica saturada.
Aceites Aromáticos: Constituidos por una cadena cíclica insaturada.

En el sector de la refrigeración la utilización de aceites de origen mineral como lubricantes, ha quedado limitada a los Parafínicos y Nafténicos, aunque estos últimos han sido los de mayor uso debido a que en el último cuarto del siglo XX, la separación de ceras en los Parafínicos a bajas temperaturas, representaba todo un gran problema.

Los aceites comúnmente empleados no se obtienen a partir de una única base y están formados por una mezcla de los tres tipos. Sin embargo, el componente que define el aceite es la base, pues los aditivos se deterioran fácilmente con el tiempo y, además, en ocasiones presentan incompatibilidades con los materiales usados.

El inconveniente que presentan los aceites minerales es que se obtienen por la destilación fraccionada del petróleo, estando formados por un conjunto de cadenas de hidrocarburos de diferente longitud (distinto número de átomos de carbono).

Durante el ciclo de trabajo, las cadenas más cortas (hidrocarburos más volátiles) se vaporizan con mayor facilidad, lo que incrementa la viscosidad del fluido sobrante, hecho que originará una mala lubricación de la máquina.

Es por esta razón que los lubricantes minerales deben seleccionarse de manera especial para:

• Soportar diversas condiciones de trabajo
• Ser un excelente lubricante a altas temperaturas
• Permanecer estable en un amplio rango de temperaturas
• Tener la capacidad de mezclarse adecuadamente con el refrigerante, de manera que la proporción de aceite que viaja por el sistema, transportando por el gas refrigerante, permanezca unido a él y se devuelva al cárter del compresor
• Tener un índice de viscosidad alto, sin que al bajar su temperatura en el evaporador, aumente su viscosidad y permanezca atorado en el mismo, separándose del refrigerante que regresa al compresor.
• Tener un punto de floculación bajo.
• Tener higroscopicidad, definida como la capacidad de retener humedad mediante la interacción de fuerzas de atracción molecular de una sustancia con el agua.

Aceites de origen sintético
Son los que se obtienen únicamente por síntesis química, ya que no existen en la naturaleza. Una diferencia existente entre los aceites de origen sintético frente a los minerales, es que los primeros muestran una estructura molecular definida y conocida, así como propiedades predecibles, devenidas de su información molecular.

De igual manera como ocurre con los aceites de origen de mineral, los sintéticos también pueden agruparse dentro de las siguientes grandes familias:

Lubricantes Tipo Alquilbenceno: En su estructura contienen una cadena de benceno y gracias a sus características sobresalientes en propiedades lubricantes y sobre todo a su alta estabilidad química y térmica, así como la ausencia de parafinas, han sustituido a los aceites minerales en sistemas operados con gases CFC o gases HCFC. El hecho de ser altamente higroscópicos (compuestos que atraen agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente) es considerado por los fabricantes de compresores como una variable manejable, mediante la implementación de medidas de control de humedad durante la producción y carga del lubricante, y la creación de las condiciones aceptables en un sistema, para alcanzar niveles de deshidratación máximos, que se logran a través del uso de filtros secadores de alta capacidad, tomando en cuenta un efectivo procedimiento de deshidratado del sistema mediante un proceso de alto vacío.”

El aceite lubricante alquilbenceno debido a su estructura molecular homogénea no es altamente higroscópico sino de baja absorción de humedad.

Lubricantes Tipo Polioléster: Posee la característica de ser más higroscópicos que los aceites minerales, aún comparados con los sintéticos tipo alquilbenceno. Sus niveles de saturación de humedad alcanzan las 1000 partes por millón (ppm), en comparación con 100 ppm de los aceites minerales y 200 ppm de los alquilbencenos.

Por lo tanto, las precauciones necesarias durante su carga, así como los niveles de humedad requeridos son estrictos y deben emplearse métodos cuidadosamente controlados durante su uso.

Lubricantes Tipo Alquilglicoles: Constituyen los primeros lubricantes desarrollados para ser utilizados con el refrigerante R-134a y en la actualidad solamente están destinados al aire acondicionado automotriz. Sus propiedades lubricantes son mejores que las de los poliolésteres, pero son mucho más higroscópicos, con niveles de saturación de humedad que alcanzan las 10,000 ppm.”

Características Principales de los aceites
Origen: Puede ser mineral o sintético.

Viscosidad: Propiedad que tienen los fluidos de oponer resistencia al cambio de forma.

Índice de viscosidad: El índice de viscosidad es un método que adjudica un valor numérico al cambio de la viscosidad con la temperatura. Si un aceite de alto índice de viscosidad y un aceite de bajo índice de viscosidad tienen la misma viscosidad a temperatura ambiente, a medida que la temperatura aumenta el aceite de alto índice mantendrá una viscosidad mayor que el aceite de bajo índice.

Punto de fluidez: También conocido como de congelación aparente, indica la temperatura a la que ya no fluye el aceite por efecto de la gravedad.

Punto de enturbiamiento: Corresponde a la temperatura a la que comienza la precipitación de parafina en un aceite puro.

Punto de floculación: Está determinado por la temperatura a la que comienza la precipitación de parafina en una mezcla de aceite-fluido frigorífico.

Índice de acidez: Viene dado por la cantidad de una base necesaria para neutralizar los ácidos libres presentes por unidad de masa de aceite.

Punto de inflamación: Temperatura a la que se desprenden los vapores de aceite en tal cantidad que, si su mezcla con el aire entra en contacto con una llama, se inicia la inflamación.

Rigidez dieléctrica: Máxima tensión que puede ser aplicada por unidad de distancia entre dos electrodos.

Índice de saponificación: Corresponde al contenido de ácidos grasos libres.

Cenizas: Residuo mineral de los aceites que se obtiene después de una filtración y posterior calcinación a temperaturas comprendidas entre 700 y 800ºC.

Contenido en materias sólidas: Constituido por todos los cuerpos extraños insolubles en el aceite y los colorantes.

Emulsionabilidad: Índice cualitativo que indica hasta qué punto se disgrega el aceite con el fluido, de un modo estable.

Estabilidad: Invariabilidad con respecto a los cambios de estado de las propiedades de los aceites y sus mezclas con los fluidos frigoríficos.

Untuosidad: Es la capacidad del lubricante de llegar a formar una película de adherencia y espesor entre dos superficies deslizantes, quedando suprimido el rozamiento entre ellas.

Poder disolvente: Índice del efecto disolvente que ejercen los aceites sobre las partes no metálicas de una instalación.

Punto de anilina: La temperatura mínima a la que el aceite es soluble en anilina.

Miscibilidad: Este concepto indica la capacidad de formar una mezcla homogénea que tienen dos o más líquidos cuando están contenidos en un mismo recipiente.

Solubilidad: Es la capacidad de un fluido de disolverse en otro, formando una mezcla homogénea.

Miscibilidad y solubilidad entre refrigerantes y aceites
La diferencia entre Miscibilidad y Solubilidad reside en el hecho de que dos fluidos miscibles forman una mezcla homogénea en cualquier proporción que se unan, en tanto que dos líquidos solubles entre sí tienen una capacidad limitada de dilución superada, la cual produce una separación de los fluidos yendo el más pesado a la parte baja y el más ligero a la superior (también es posible la formación de lo que es denominado bajo el nombre de “lagunas” cuando se trate de dos fluidos de densidad similar).

El concepto de solubilidad también puede ser expresado como “miscibilidad parcial”, lo cual representa que hasta una cierta, o a partir de una cierta, proporción hay una miscibilidad absoluta y que a partir de o hasta dicha proporción la inmiscibilidad es completa.

Estos conceptos toman aún mayor relevancia en el análisis de las instalaciones frigoríficas. Lo ideal es que ambos fluidos, refrigerante y aceite, sean totalmente miscibles en todo el campo de temperaturas que pueden presentarse a lo largo del circuito, pues esta situación posibilitará que el aceite, partiendo del compresor, circule por todo el circuito y regrese nuevamente al compresor (implicando una fluidez adecuada a la temperatura de aspiración deseada).

Incidencia del aceite en instalaciones de refrigeración
Cantidad de aceite que sale del compresor: En todas las instalaciones en las que se utilizan compresores lubricados se produce una migración de refrigerante, la cual se produce por arrastre, como consecuencia de la velocidad del refrigerante en la descarga del compresor y posteriormente en el separador de aceite, la cual mediante el uso de los modernos filtros coalescentes puede limitarse a cantidades comprendidas entre 1 y 4 p.p.m. A cada tipo de aceite y para cada temperatura de descarga, le corresponde una presión de vapor, con lo que el contenido de aceite en la descarga del compresor responderá a un mínimo equivalente a esta cantidad.

Retorno de aceite del sector de baja
El aceite que sale arrastrado por el gas de descarga o en fase vapor, puede constituir un obstáculo para el intercambio térmico, si se acumula en evaporadores e intercambiadores; por ello, debe procederse a retirarlo de dichos puntos. La forma en la que esto se lleve a cabo dependerá de la miscibilidad del aceite con el refrigerante y de su viscosidad. Si se trata de una pareja que no son miscibles entre sí (como es el caso de los aceites de origen mineral y sintético con el R717), deberá procederse a la purga manual periódica del aceite acumulado en los evaporadores. Si es un aceite miscible con el refrigerante y la alimentación de los evaporadores tiene lugar con válvula de expansión termostática, entonces la mezcla es arrastrada a través del evaporador y, posteriormente, de la tubería de aspiración mediante la velocidad del refrigerante (es el caso del R717 con los aceites poliglicoles, los HCFC con aceites minerales y alquilbencénicos, o de los HFC con los aceites poliéster). Si se trata de un sistema de refrigeración mediante alimentación por bombas o gravedad, entonces el aceite se decanta en el sector de baja y debe recuperarse por otros medios.

Puesto que, en el sector de baja entra una mezcla de refrigerante con aceite y sólo el refrigerante es evaporado (permaneciendo el aceite en dicho sector), la concentración de aceite se incrementaría de una forma progresiva y constante llegando a impedir el intercambio de calor. Para evitarlo, se toma una pequeña parte de la mezcla rica en aceite que se forma en el sistema de evaporación y se pasa a través de un intercambiador de calor, eliminando el refrigerante contenido en la mezcla mediante evaporación, para lo que se aprovechan los gases calientes o el líquido caliente procedente del condensador.

Para determinar el contenido de aceite admisible en la mezcla, se tienen en cuenta las curvas de miscibilidad y el porcentaje de aceite que afectará al intercambio térmico. La cantidad de aceite que se debe recuperar del sistema es la misma que sale del compresor.

Dilución del aceite en el refrigerante
El aceite sale conjuntamente con el gas descargado por el compresor y es necesario proceder a su recuperación desde el sector de baja, por lo que será preciso que posea una viscosidad lo suficientemente baja —a la temperatura de evaporación prevista— para garantizar su retorno.

Por otra parte, en el compresor sería necesario disponer de una viscosidad lo suficientemente alta para asegurar unas óptimas condiciones de lubricación.

Opiniones de Ararat y Acemire respecto a cuál es el Aceite Ideal para un equipo de Refrigeración o Aire Acondicionado.
En nuestro país dos de las empresas que incursionan y ofrecen una gran variedad de lubricantes son ARARAT y ACEMIRE. La primera pone a disposición de la industria mexicana productos de alta tecnología con aceites de base mineral para la lubricación tradicional, y bases sintéticas para una lubricación óptima, además de ofrecer asesoría a sus clientes para que seleccionen el lubricante más adecuado con base en sus necesidades, economía y sobre todo a la recuperación de sus desechos.

Por su parte Acemire creó, desarrolló y patentó el lubricante sintético tipo alquilbenceno en México así como la línea más completa de lubricantes minerales, poliolester y especialidades. Se ha convertido en proveedor en el mercado de reposición así como el de los fabricantes de equipo original alcanzando a distribuidores en Centro y Sur América. La manera más adecuada de seleccionar un aceite lubricante para sistemas de refrigeración y aire acondicionado es siguiendo las instrucciones del fabricante del equipo al que se le realizará la adición y/o llenado. Generalmente el compresor traerá adherida una placa en alguna de sus partes laterales en la cual se especifica el tipo de refrigerante, tipo de lubricante y viscosidad de lubricante que, puede ser seleccionada en SUS (Segundos Universales Saybolt)  o en CST (centistokes). La experiencia adquirida por Acemire permite hacer recomendaciones como son; capacidad en HP, revoluciones por minuto, capacidad (enfriamiento, congelación, conservación), presiones, marca, modelo y tipo de compresor (doméstico, comercial, industrial, automotriz).

Es de gran importancia mencionar que el lubricante debe ser completamente miscible y compatible con el gas refrigerante ya que de ello depende el correcto funcionamiento y el tiempo de vida útil de su equipo. La constante preocupación de Acemire por el mercado HVAC&R  ha permitido desarrollar una línea de productos para cada segmento y para cada necesidad manteniendo con esto el liderazgo en calidad y prestigio por casi 50 años. Por ser generador de lubricantes (considerado material peligroso) también Acemire es ecológicamente responsable por lo cual formó su propio departamento de Ecología y cuenta con los permisos  y manifiestos vigentes ante SEMARNAT y SAGARPA para su manejo, transportación, confinamiento y en su caso destrucción del producto usado.

Por qué saber elegir El Aceite Ideal
Existen diferentes posiciones con relación a qué aceite será el más efectivo para un sistema de refrigeración, sin embargo, todos cumplen con su función dentro de este engranaje, pues atienden a la función para lo cual son aplicados. Opiniones respecto a las fortalezas y debilidades de los lubricantes de origen mineral y de tipo sintético, continuarán existiendo por siempre, por lo que el mejor aceite será aquel que se adapte de buena manera a la funcionalidad del compresor del sistema de refrigeración, permitiendo que el mismo lleve a cabo todas sus aplicaciones de forma óptima y deseada. En este sentido pudiera decirse que el aceite ideal dependerá del tipo de lubricante que use y recomiende el fabricante del compresor para sistema HVAC&R.
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