Sistemas de aceite térmico: tipos, rangos de temperatura y reglas de selección
Los sistemas de aceite térmico (thermal oil systems, heat transfer fluid systems) son el método estándar de transferencia de calor en procesos industriales que requieren temperaturas superiores a los 100 °C sin generación de vapor de agua. Se usan en industria química, farmacéutica, alimentaria, plásticos, madera, textil y energía solar concentrada.
Aceite mineral parafínico
Hasta 300 °C máx. película
Instalaciones industriales de temperatura media. Económico, buena disponibilidad, fácil gestión de residuos.
Viscosidad: VG 32-68 (según temperatura de bombeo)
PAO o éster sintético
Hasta 320-340 °C máx. película
Procesos de alta temperatura: plantas solares CSP, industria química fina, plásticos a alta temperatura.
Viscosidad: VG 32-46 (baja viscosidad a temperatura)
PFPE (perfluoropoliéter sintético)
Hasta 400 °C máx. película continua
Aplicaciones especiales: procesos con oxidantes fuertes, presencia de gases reactivos, riesgo de incendio extremo.
Viscosidad: Según grado (muy baja viscosidad a alta T)
Regla absoluta: no mezclar tipos de aceite térmico
Los aceites térmicos de distintas bases químicas son incompatibles entre sí. La mezcla de un aceite mineral con un aceite sintético PAO genera inmediatamente un cambio en las propiedades de viscosidad, punto de inflamación y temperatura máxima de trabajo del fluido resultante. La mezcla con PFPE es especialmente peligrosa: los PFPE se degradan en presencia de aceites minerales a alta temperatura, generando ácido fluorhídrico (HF), altamente tóxico y corrosivo. Antes de rellenar cualquier sistema de aceite térmico, verificar el tipo de fluido existente en el sistema mediante análisis o documentación de planta.
Bombas de circulación de aceite térmico: sellos mecánicos a 150-200 °C
Las bombas de circulación de aceite térmico son bombas centrífugas de alta temperatura con sellos mecánicos de doble efecto o cartuchos de sello especiales. La temperatura superficial de la carcasa de la bomba —que trabaja inmersa en el circuito de aceite térmico a 200-300 °C— puede alcanzar 150-200 °C en los rodamientos del lado de accionamiento. Esta temperatura supera el límite de trabajo de todas las grasas de litio convencionales.
Zona del sello mecánico
El sello mecánico de las bombas de aceite térmico trabaja en la zona de mayor temperatura. La grasa de lubricación del sello (cuando aplica en sellos con cámara de refrigeración) debe ser una grasa PTFE base PAO NLGI 2 con temperatura de trabajo continuo de hasta 200 °C, o grasa PFPE para bombas de aceite térmico sintético a temperatura > 280 °C. Las grasas con base mineral o jabón de litio simple alcanzan su punto de goteo a 175-190 °C, momento en que se ablandan, migran y dejan el sello sin protección.
Rodamientos del accionamiento
Los rodamientos del lado del motor (lejos del aceite térmico) trabajan a temperaturas menores (60-100 °C) y pueden lubricarse con grasa de litio complejo NLGI 2 estándar. Los rodamientos del lado de la bomba (próximos al aceite caliente) requieren grasa de alta temperatura: jabón de litio complejo o poliurea NLGI 2, temperatura de goteo > 260 °C. El intervalo de reengrase se reduce drásticamente con la temperatura: a 150 °C, una grasa de litio complejo tiene vida útil estimada de 500-1 000 h (vs. 5 000-8 000 h a 70 °C).
El sistema de enfriamiento de carcasa: cuando existe, cambia todo
Algunas bombas de aceite térmico de alta temperatura tienen un sistema de enfriamiento de carcasa (jacket de agua de refrigeración alrededor del portasellos) que mantiene la zona del sello a temperatura controlada (80-100 °C). Cuando este sistema existe y funciona correctamente, los requisitos del lubricante del sello se reducen: una grasa de litio complejo NLGI 2 puede ser suficiente. Si el sistema de enfriamiento falla o se deja sin mantenimiento (incrustaciones en el jacket), la temperatura del sello sube y el lubricante inadecuado falla en días. Mantener los jackets de enfriamiento limpios de depósitos calcáreos es tan importante como el lubricante elegido.
Intercambiadores de placas (PHE): juntas elastoméricas y lubricantes de montaje
Los intercambiadores de calor de placas (PHE — Plate Heat Exchangers) de marcas como Alfa Laval, APV, GEA, Sondex y Tranter usan juntas elastoméricas para sellar los canales de fluido entre placas. La selección del material de junta determina el fluido compatible, y el lubricante de montaje de la junta debe ser compatible tanto con el material de la junta como con ambos fluidos del intercambiador.
Junta EPDM (etileno-propileno)
Compatible con:
Agua caliente, vapor (hasta 160 °C), ácidos diluidos, bases diluidas.
Incompatible con:
Aceites minerales e hidrocarburos (ataque severo al EPDM).
Lubricante de montaje:
PTFE pasta de montaje en base agua o jabón vegetal neutro.
Junta NBR (nitrilo butadieno)
Compatible con:
Aceites minerales, aceites vegetales, gasoil, agua fría.
Incompatible con:
Agua caliente > 80 °C (endurece y agrieta), aromáticos, ozono.
Lubricante de montaje:
Aceite mineral de silicona de baja viscosidad (NO aceite mineral convencional).
Junta Viton / FKM (fluoroelastómero)
Compatible con:
Aceites de alta temperatura, solventes aromáticos, ácidos concentrados, hasta 200 °C.
Incompatible con:
Aminas y amoniaco (degradan el FKM), cetonas, ésteres en algunos grados.
Lubricante de montaje:
PTFE pasta de montaje. Algunos FKM aceptan silicona de baja volatilidad.
Error frecuente: lubricar juntas EPDM con aceite de máquina convencional
Durante el montaje de intercambiadores de placas con juntas EPDM, es frecuente que el personal de mantenimiento aplique un aceite de máquina VG 32 para facilitar el encarrilado de la junta en la ranura. Aunque el resultado inmediato es un montaje más fácil, el aceite mineral ataca el EPDM y lo hace hinchar. En 2-8 semanas de operación, la junta hinchada pierde su geometría, no sella correctamente y comienza a dar fugas. La solución es siempre una pasta PTFE de montaje en base agua o simplemente agua jabonosa neutra, ambas compatibles con EPDM y que no dejan residuo perjudicial en el circuito de fluido.
Torres de refrigeración y condensadores evaporativos: entorno húmedo permanente
Las torres de refrigeración y los condensadores evaporativos son los equipos de transferencia de calor con mayor exposición a la humedad. Los ventiladores, bombas de recirculación y motores trabajan en entornos de alta humedad relativa, con niebla de agua continua y, en climas fríos, ciclos de congelación-descongelación.
Bombas de recirculación de agua de torre
Las bombas de recirculación de agua de torre de refrigeración trabajan en entorno de alta humedad. Los rodamientos y sellos son los puntos de fallo más frecuente. La grasa correcta para estos rodamientos es una grasa de calcio-litio (CaLi) NLGI 2 o grasa de litio complejo NLGI 2 con alta resistencia al lavado por agua. La resistencia al lavado se mide según DIN 51807: se exige calificación 0 o 1 (lavado mínimo o nulo) a 90 °C en inmersión en agua. Las grasas de litio simple sin aditivos hidrorepelentes tienen calificación 2-3 y son inadecuadas.
Ventiladores de torre de refrigeración
Los motores y reductores de los ventiladores de torre trabajan a temperatura moderada (40-80 °C) pero con exposición continua a niebla y agua. Los rodamientos de los motores eléctricos exteriores requieren grasa de litio NLGI 2 con aditivos EP (extreme pressure) ligeros para protección contra cargas de arranque. En climas con temperaturas de invierno por debajo de -10 °C, la grasa debe tener baja temperatura de trabajo (-30 °C mínimo) para evitar que se solidifique y bloquee el rodamiento en el arranque de la torre.
Problema específico de torres de refrigeración: Legionella y biofilm en puntos de engrase
Las torres de refrigeración son fuente conocida de Legionella pneumophila cuando no se gestionan adecuadamente. Los puntos de engrase con exceso de grasa —especialmente en rodamientos con purga de grasa directamente al entorno húmedo— crean nichos de biofilm donde la bacteria puede proliferar. El protocolo correcto en torres con riesgo Legionella incluye el sellado de los puntos de purga de grasa para evitar el contacto de la grasa sobrante con el agua de la torre, y el uso de grasas con propiedades bacteriostáticas leves (algunos lubricantes con base de sulfato de calcio o con aditivos específicos).
Compresores de frío industrial: NH3, CO2, R407C, R448A — selección crítica de aceite
Los compresores de refrigeración industrial son equipos donde el lubricante trabaja en contacto íntimo con el refrigerante: el aceite de compresor circula con el refrigerante por el ciclo y debe ser completamente miscible con él (o en algunos casos completamente inmiscible, según el diseño del sistema). La selección incorrecta del aceite de compresor no solo daña el compresor: puede contaminar los intercambiadores de calor y reducir la eficiencia del ciclo.
Refrigerante: NH3 (amoniaco, R717)
Aceite correcto: PAO (polialfaolefina) o aceite alkylbenzene (AB)
El NH3 es incompatible con los aceites minerales convencionales: a baja temperatura, la mezcla NH3-aceite mineral forma una emulsión lechosa que obstruye los intercambiadores de calor (fouling). El NH3 también es incompatible con el cobre y las aleaciones de cobre, por lo que el sistema de tuberías y componentes debe ser de acero.
Refrigerante: CO2 (R744, transcrítico)
Aceite correcto: POE (poliol éster) o PAO compatible CO2 de alta presión
Los sistemas de CO2 transcrítico trabajan a presiones muy superiores a los sistemas de HFC (presión de alta hasta 130-140 bar). El aceite de compresor debe tener alta estabilidad química a esta presión y temperatura. El POE es el estándar de la industria para sistemas CO2; el PAO es compatible en algunos diseños pero debe verificarse la miscibilidad a baja temperatura.
Refrigerante: HFC (R407C, R448A, R404A, R134a)
Aceite correcto: POE (poliol éster) — estándar de la industria
Los refrigerantes HFC son incompatibles con aceites minerales (no hay miscibilidad suficiente para el retorno de aceite desde el evaporador). El POE es el aceite estándar para todos los sistemas HFC. Los aceites POE son higroscópicos: absorben humedad del ambiente rápidamente. La manipulación debe hacerse con recipientes sellados y el tiempo de exposición al aire debe minimizarse.
Bombas de calor industriales: aceite de compresor POE para HFC/HFO
Las bombas de calor industriales de alta potencia (100 kW a varios MW) usan compresores de tornillo, scroll o centrífugos con refrigerantes HFC (R407C, R134a) o los nuevos HFO (R1234ze, R1234yf) de bajo GWP. El aceite de compresor para estos sistemas es invariablemente POE (poliol éster) de viscosidad adaptada al refrigerante y al tipo de compresor.
POE para HFC: higroscopicidad y gestión de humedad
El POE absorbe humedad del ambiente a una velocidad de 0,5-1% en masa en pocas horas de exposición en recipiente abierto. La humedad en el circuito de refrigeración genera ácido fluorhídrico (HF) por reacción con el refrigerante HFC, que a su vez ataca los metales del compresor y los rodamientos. El procedimiento correcto: el POE solo debe abrirse en el momento de usarlo, el recipiente debe cerrarse inmediatamente, y cualquier cantidad sobrante en el recipiente abierto por más de 2 horas debe descartarse o analizarse por humedad.
POE para HFO: nueva generación de lubricantes
Los nuevos refrigerantes HFO de cuarta generación (R1234ze(E), R1234yf, R513A) tienen presiones de condensación y temperaturas de descarga distintas a los HFC. Los POE formulados para HFC no siempre son los óptimos para HFO: la miscibilidad, el retorno de aceite desde el evaporador y la estabilidad química pueden diferir. Los principales fabricantes de POE (Emkarate, Mobil EAL, Fuchs Reniso) tienen gamas específicas de POE validadas para los nuevos HFO, y el fabricante del compresor especifica el grado exacto requerido.
Válvulas de control proporcionales de temperatura: actuadores y cuerpo
Las válvulas de control proporcional de temperatura (control valves Samson, Fisher, Flowserve, IMI) son actuadas por actuadores eléctricos o neumáticos. El cuerpo de válvula trabaja con el fluido caloportador (agua caliente, aceite térmico, vapor) a alta temperatura, mientras el actuador trabaja en el exterior a temperatura ambiente.
Actuadores eléctricos: sin lubricación adicional en campo
Los actuadores eléctricos de válvulas de control (tipo Auma, Rotork, ABB) tienen reductores internos lubricados en fábrica con grasa de larga duración (grasa de jabón de litio complejo o poliurea NLGI 1-2). En condiciones normales de operación (temperatura ambiente, ciclos de posicionamiento moderados), estos actuadores no requieren reengrase en campo hasta las 10 000-20 000 h de operación o según el intervalo de mantenimiento del fabricante. La apertura del actuador para reengrase manual sin seguir el procedimiento del fabricante puede invalidar el grado de protección IP (IP67 en la mayoría de actuadores de planta química) e introducir humedad al interior.
Vástago y empaquetadura del cuerpo de válvula
El vástago de la válvula desliza dentro de la empaquetadura de sellado. En válvulas de aceite térmico o vapor, la empaquetadura es habitualmente de grafito flexible o PTFE. El vástago puede lubricarse con un aceite de máquina ISO VG 32-46 de baja volatilidad para facilitar el movimiento y reducir el desgaste de la empaquetadura. En válvulas de vapor de alta temperatura (>200 °C), no se usa aceite convencional: la empaquetadura de grafito actúa como autolubricante a esas temperaturas.
Tabla de referencia: fluido caloportador, temperatura y lubricantes
| Fluido caloportador | Temperatura máx. | Material construcción | Lubricante bomba | Lubricante junta | Norma |
|---|---|---|---|---|---|
| Aceite térmico mineral | 280-300 °C | Acero al carbono, acero inox | Grasa PTFE NLGI 2 (sello mecánico) | Pasta PTFE de montaje (NO aceite mineral) | DIN 51529, ISO 6743-12 |
| Aceite térmico sintético PAO/éster | 320-340 °C | Acero inox 316L, Inconel | Grasa PFPE NLGI 1-2 (zona sello) | Pasta PTFE, junta grafoil | DIN 51529, ASTM D4308 |
| Aceite PFPE sintético | 380-400 °C | Acero inox, aleaciones níquel | Grasa PFPE NLGI 1-2 | PTFE sólido o espiral herida | ISO 6743-12, especificación OEM |
| Agua caliente presurizada (PHE) | 180-200 °C (presurizada) | Acero inox 316L, titanio | Grasa Li Ca NLGI 2 resistente agua | EPDM en seco o PTFE pasta montaje | EN 13445, PED 2014/68/EU |
| NH3 (amoniaco) refrigeración | 120 °C (compresor) | Acero, sin cobre ni aleaciones Cu | Aceite PAO o alkylbenzene | Sin aceite mineral, compatible NH3 | EN 378, ISO 5149 |
| CO2 refrigeración (transcrítico) | 140 °C (alta presión transcrítica) | Acero inox, alta presión | Aceite POE o PAO compatible CO2 | PTFE o HNBR compatible CO2 | EN 378, ISO 5149 |
Degradación del aceite térmico: coking, oxidación y criterios de cambio
El aceite térmico no se cambia por horas de uso: se cambia por análisis. Las instalaciones de aceite térmico que operan sin análisis periódico del fluido acaban con aceite degradado en circulación que reduce la eficiencia del intercambiador de calor, deposita lacas y carbono en las tuberías y puede generar puntos calientes en el calentador que aumentan el riesgo de incendio.
Mecanismos de degradación del aceite térmico
Coking (carbonización)
Descomposición térmica del aceite en la superficie caliente del calentador. Genera depósitos de carbono insolubles que reducen la conductividad térmica y pueden provocar sobretemperatura localizada.
Oxidación
Contacto del aceite con aire (en el vaso de expansión o por fugas en el sistema). Genera ácidos orgánicos que aumentan el TAN (Total Acid Number) y atacan los metales del sistema.
Contaminación por agua
Agua en el aceite térmico reduce el punto de inflamación y genera cavitación en las bombas. A 150 °C, el agua en el aceite vaporiza generando golpes de presión.
Parámetros de análisis y límites de cambio
TAN (Total Acid Number)
Límite de cambio: TAN {'>'} 1,0 mgKOH/g. TAN del aceite nuevo: típicamente 0,01-0,05 mgKOH/g.
Viscosidad cinemática a 40 °C
Cambio si la viscosidad varía más del ±15% respecto al valor del aceite nuevo. Una reducción indica cracking; un aumento indica oxidación/polimerización.
Punto de inflamación
Cambio si el punto de inflamación ha disminuido un 20% o más respecto al aceite nuevo. Indica cracking térmico o contaminación por hidrocarburos ligeros.
Color y aspecto
Color oscuro intenso (negro) y partículas sólidas visibles indican coking avanzado. Aspecto lechoso indica presencia de agua.
Frecuencia de análisis recomendada: anual como mínimo
Para instalaciones de aceite térmico en operación continua (8 000 h/año), el análisis del fluido debe realizarse al menos una vez al año. En instalaciones con historial de sobretemperaturas (alarmas de temperatura de película en el calentador), o con expansión frecuente del sistema (indicativo de posibles fugas de aire), el análisis debe realizarse cada 6 meses. Los laboratorios especializados en análisis de aceite térmico (Intertek, SGS, Total Lubmaintenance) ofrecen kits de toma de muestra normalizados para instalaciones en operación sin necesidad de parada.
Aceite térmico biodegradable: plantas en entornos protegidos y riesgo de vertido
Las instalaciones de aceite térmico en parques naturales, zonas de protección de acuíferos, instalaciones agrícolas o cerca de masas de agua tienen obligación legal o de seguro de usar fluidos biodegradables en caso de vertido accidental. La Directiva Europea 2011/65/EU y las normativas nacionales de protección de suelos establecen los marcos de responsabilidad para derrames de fluidos industriales en entornos sensibles.
Ésteres vegetales (HETG, HEES tipo I)
Biodegradabilidad {'>'} 80% (CEC L-33-A-94). Temperatura de trabajo hasta 220-260 °C según el grado. Punto de inflamación {'>'} 250 °C. Susceptibles a oxidación a alta temperatura; requieren inhibidores antioxidantes. Compatibles con NBR y FKM.
Ésteres sintéticos (HEES tipo IV, poliol éster)
Biodegradabilidad {'>'} 60% (OECD 301B). Temperatura de trabajo hasta 280-300 °C con estabilidad superior a los ésteres vegetales. Punto de inflamación {'>'} 260 °C. Aprobados por la mayoría de fabricantes de calentadores de aceite térmico como alternativa biodegradable a los aceites minerales.
El cambio de aceite mineral a aceite biodegradable en un sistema de aceite térmico existente requiere una limpieza de sistema (flushing) para eliminar los residuos del aceite mineral anterior. Los ésteres son agentes de limpieza activos que disuelven los lacas y barnices del aceite mineral: sin flushing previo, los depósitos disueltos pueden contaminar el nuevo aceite biodegradable y reducir su vida útil. FILLCORE INDUSTRIAL puede asesorar sobre el procedimiento de conversión y suministrar el volumen correcto de aceite de flushing en el formato apropiado para la instalación.
Envasado de lubricantes para sistemas térmicos: granel, IBC y pequeño formato
Los lubricantes para sistemas de transferencia de calor tienen necesidades de formato muy distintas según la aplicación. El aceite térmico del circuito principal se gestiona en grandes volúmenes (IBC de 1 000 litros o bidones de 200 litros para instalaciones medianas). Los lubricantes de los equipos auxiliares —bombas, válvulas, sellos— se consumen en pequeñas cantidades y requieren formatos de 1-25 litros con identificación precisa del producto.
IBC 1 000 L / bidón 200 L
Carga inicial y reposición del aceite térmico del circuito principal. Llenado mediante bomba de trasiego dedicada (no usar la bomba del circuito térmico para el llenado).
Bidón 20 L / garrafas 5 L
Aceite POE para compresores de refrigeración, aceite de compresor NH3. Formato adecuado para el volumen de un cambio de aceite de compresor de mediana potencia (15-75 kW).
Tarros 0,5-2 L / tubos de grasa
Grasas PTFE y PFPE para sellos mecánicos y cojinetes de bombas de alta temperatura. Pequeño formato para aplicaciones de bajo consumo en mantenimiento.
FILLCORE INDUSTRIAL y el pequeño formato para mantenimiento de sistemas térmicos
El mantenimiento de sistemas de transferencia de calor implica el uso periódico de múltiples lubricantes en pequeñas cantidades: grasas PTFE para sellos, aceites POE para compresores de frío, pastas de montaje PTFE para juntas PHE. Los fabricantes de estas especialidades los venden habitualmente en formatos grandes (cubo 5 kg de grasa, bidón 20 L de POE) que generan residuo y problemas de almacenamiento cuando el consumo real es de 200-500 g/año. El envasado a terceros en pequeño formato —cartuchos de 400 g de grasa PTFE, botellas de 1 L de POE— permite adecuar el formato al consumo real, reducir el residuo y mejorar la trazabilidad de cada producto en el plan de mantenimiento.
¿Gestionas una instalación de aceite térmico o sistemas de refrigeración industrial?
FILLCORE INDUSTRIAL realiza envasado a terceros de lubricantes para sistemas de transferencia de calor en los formatos que necesitas: desde IBC para aceite térmico hasta cartuchos de 400 g para grasa PTFE de alta temperatura. Trazabilidad de lote completa, CoA incluido, entrega en planta.