Tipos de aceites hidráulicos: HL, HLP, HVLP, HLPD y HFDU, cuál usar en cada sistema

El tipo de aceite hidráulico está en las letras del nombre (HL, HLP, HVLP, HLPD), y cada letra indica una protección. La mayoría de las máquinas de la industria usa HLP, con protección contra el desgaste. Los otros tipos entran cuando una condición manda en el sistema: frío y calor en el mismo día (HVLP), un poco de agua que no se puede drenar (HLPD) o riesgo de fuego en una fuga (HFDU, un fluido que arde con más dificultad).

¿Para qué sirve el aceite hidráulico?

El aceite hidráulico lleva la fuerza de un punto a otro de la máquina y, en el camino, lubrica, enfría, protege y limpia el circuito. Es el mismo principio del freno del auto: el pie empuja el fluido, y el fluido empuja la pastilla.

En la fábrica, quien empuja es la bomba, y el aceite mueve el cilindro de la prensa o el motor hidráulico de la inyectora. El camino del aceite es un circuito cerrado, siempre en el mismo orden:

1. el depósito, el tanque donde el aceite descansa;

2. la bomba, que aspira el aceite del depósito por la línea de succión, donde la presión es baja, y lo empuja hacia la línea de presión;

3. la válvula direccional, que elige hacia qué lado va el aceite;

4. el cilindro, el actuador que transforma la presión en movimiento; el aceite que sale por el otro lado del cilindro vuelve por la misma válvula direccional; ese tramo se llama retorno;

5. el filtro, que retiene la suciedad en el retorno;

6. de nuevo el depósito.

En medio del camino, la válvula de alivio se abre cuando la presión pasa del límite y devuelve el aceite al depósito, lo que protege la línea de presión.

Figura 1. El camino del aceite: la bomba aspira del depósito por la succión y empuja por la línea de presión hasta el cilindro; en el regreso, el aceite pasa de nuevo por la válvula direccional y por el filtro.

Mientras da esa vuelta, el aceite hace cinco trabajos al mismo tiempo:

• transmite la fuerza de la bomba hasta el cilindro;

• lubrica las piezas que se deslizan dentro de la bomba, de las válvulas y del cilindro, y sella las holguras entre ellas, para que la presión no se escape por dentro;

• lleva el calor del circuito hasta el depósito;

• protege el metal del óxido;

• lleva la suciedad hasta el filtro, y el aire y el agua hasta el depósito, donde pueden separarse.

Los cinco valen para todos los aceites hidráulicos industriales, del más simple al resistente al fuego.

Si todo aceite hidráulico hace los mismos cinco trabajos, queda la pregunta: ¿por qué tantos tipos?

¿Por qué existen distintos tipos de aceite hidráulico?

Porque cada circuito castiga el aceite de una manera, y cada tipo trae protección contra el ataque que más pesa en ese sistema.

Casi todo lo que hay en un aceite hidráulico es aceite base, el líquido que forma la mayor parte de un lubricante: mineral (del petróleo), sintético o vegetal.

El resto es una parte pequeña de aditivos: productos químicos que dan al aceite una cualidad que no tendría solo o refuerzan una que ya tiene. El artículo sobre qué son los aceites base explica de dónde viene esa base.

Dentro del circuito, el aceite enfrenta siete enemigos:

1. Calor y oxígeno. El oxígeno del aire reacciona con el aceite caliente, que se espesa, se oscurece y forma lodo, una masa pegajosa. Esa reacción química se llama oxidación.

2. Humedad y aire. El aire húmedo ataca el metal y lo oxida: es la corrosión.

3. Aire arrastrado. El aceite arrastra aire cuando cae con agitación en el depósito o cuando la succión aspira aire por una junta floja o por el nivel bajo del tanque. Se forman burbujas y espuma, como en un refresco agitado: el aire se comprime y el cilindro avanza a tirones. El buen aceite suelta el aire en el depósito, y el aditivo antiespumante deshace la espuma de la superficie.

4. Presión. Entre las piezas que se deslizan, lo que impide que el metal toque el metal es una capa fina de aceite, la película de aceite. La presión de la bomba aplasta esa capa, y donde se rompe, el metal se desgasta.

5. Temperatura. El espesor del aceite cambia con el calor. Ese espesor se llama viscosidad: cuánto se resiste el líquido a fluir. La miel que sale del refrigerador corre despacio; calentada, corre rápido.

6. Agua dentro del aceite. Entra por condensación (la humedad del aire que se vuelve gota dentro del depósito cuando se enfría), por un enfriador de agua con fuga o por salpicaduras de fluido de corte, el líquido que refrigera el mecanizado.

7. Fuego. Cerca de un horno o de metal fundido, una fuga puede incendiarse.

Cada protección combate un enemigo, y casi todas vienen de los aditivos. Hay dos excepciones. La resistencia al cambio de espesor con la temperatura puede venir también del aceite base, y la resistencia al fuego pide otra base (un fluido sintético o uno a base de agua), que aparece en la sección del fuego. Entre los tipos minerales, por lo tanto, la diferencia está principalmente en los aditivos.

Y esas protecciones están escritas en el nombre del aceite, letra por letra.

¿Qué significa cada sigla de la DIN 51524?

Cada letra del nombre indica una protección, y las letras, en general, se suman: el HLP tiene todo lo que tiene el HL, más la protección contra el desgaste.

Una norma es un documento público que lista los ensayos (pruebas de laboratorio) que el aceite debe superar para usar un nombre. La DIN 51524, una norma alemana, define en tres partes los aceites hidráulicos minerales. Cada letra responde a uno de los enemigos de arriba:

• H: hidráulico.

• L: protege contra la oxidación y la corrosión.

• Aire y espuma (sin letra propia): la norma exige que el aceite suelte el aire y no haga espuma, ya desde el HL.

• P: antidesgaste, o AW, del inglés anti-wear. Protege el metal donde la película de aceite se rompe.

• V: viscosidad que cambia menos con la temperatura.

• D: detergente. Mantiene la suciedad suelta en el aceite hasta el filtro y el agua dispersa en gotas tan finas que no se junta en un charco en el fondo, donde empieza el óxido. Es la excepción de las letras que se suman: la D cambia la separación rápida del agua por el agua retenida en gotas finas.

El fuego queda en otro grupo, con otra norma. Los fluidos que arden con más dificultad llevan las letras HF, del inglés fire-resistant (resistente al fuego). En ellas, la D no tiene que ver con el detergente del HLPD. En el código HFDU, la D marca un fluido sintético sin agua, y la U, una composición que no es éster fosfato, en general un éster, sintético hecho de ácido y alcohol.

Figura 2. Las letras, en general, se suman: cada una agrega una protección (la D cambia la separación del agua por agua en gotas finas). El HFDU queda aparte, en otro grupo.

Para quien quiere el nombre técnico: el HL está en la parte 1, el HLP en la parte 2 y el HVLP en la parte 3 de la DIN 51524. Las tres exigen poca espuma y liberación rápida del aire (DIN ISO 9120). El HLPD no está en la norma: es un nombre de mercado, que cumple la parte 2 menos la demulsibilidad, la capacidad de soltar el agua. La ISO 6743-4 llama HM al HLP y HV al HVLP (vea las preguntas frecuentes).

Las letras, sin embargo, son solo la mitad del nombre del aceite.

¿Qué significa el número del aceite hidráulico, como en el HLP 68?

Las letras dicen las protecciones; el número dice el espesor del aceite. Es el grado de viscosidad ISO VG: el valor central de un rango de espesores, medido con el aceite a 40 °C, una temperatura de referencia. Número mayor, aceite más espeso.

Aceite más espeso forma una capa más gruesa entre las piezas; aceite más fino, una capa más delgada.

La mayor parte de los sistemas industriales usa 32, 46 o 68. El número correcto es el que deja el aceite, ya caliente dentro de la bomba, en el rango de espesor que acepta el fabricante de la bomba, sin quedar demasiado espeso en el arranque en frío.

• Un sistema que trabaja más caliente pide un número mayor, para que la película no se adelgace.

• Una máquina que arranca en frío pide un número menor, para que la bomba logre aspirar el aceite.

Quien decide es el manual de la máquina o el fabricante de la bomba. El artículo sobre la diferencia del aceite hidráulico 46 al 68 muestra esa elección en un caso común.

Para quien quiere el nombre técnico: el grado mide la viscosidad cinemática en cSt (centistokes). Según la ISO 3448, el grado es el punto medio de un rango que va 10% hacia arriba y hacia abajo: el ISO VG 68 queda entre 61,2 y 74,8 cSt a 40 °C.

El rango que acepta la bomba vale para el aceite a la temperatura en que trabaja, por eso la verificación se hace con el aceite ya caliente.

Con la letra y el número entendidos, se puede ver qué pasa cuando uno de los dos está equivocado.

¿Por qué la bomba hidráulica pierde rendimiento con el aceite equivocado?

Porque, con el aceite equivocado, la bomba se desgasta por dentro o deja escapar el aceite por donde no debe, y pasa a entregar menos a la máquina.

Para ver cómo, mire las piezas. En la bomba de paletas, láminas encajadas en ranuras de un rotor giran con él y se deslizan sueltas, apoyadas en un anillo. En la bomba de pistones, pistones pequeños corren dentro de orificios de un bloque que gira, y un plato inclinado hace que cada pistón entre y salga del orificio en cada vuelta.

Entre esas piezas, solo la película de aceite separa metal de metal. El aceite equivocado ataca esa película por tres caminos.

Figura 3. Por dentro de las dos bombas: en cada una hay un punto donde solo la película de aceite separa metal de metal.

Sin la letra P en una bomba de presión alta. El daño viene en cadena:

1. La presión adelgaza la película entre la paleta y el anillo (o entre el pistón y el orificio), lo que lleva a

2. que la película se rompa en un punto y el metal toque el metal, lo que lleva a

3. partículas de metal arrancadas y sueltas en el aceite, lo que lleva a

4. una holgura interna mayor y una fuga interna: el aceite escapa del lado de presión alta de vuelta al lado de presión baja, lo que lleva a

5. una caída del rendimiento volumétrico: la bomba entrega menos caudal (menos aceite por minuto) a la misma rotación, y el aceite que se fuga por dentro se vuelve calor. La máquina se pone lenta antes de averiarse.

El aditivo antidesgaste actúa en el segundo paso. Donde la película se rompe, el calor de la fricción hace que el aditivo forme una película fina pegada al metal, la película de sacrificio. Se gasta en lugar de la pieza y se rehace mientras haya aditivo en el aceite. Este es uno de los motivos por los que el contenido de aditivo baja con el uso; el calor y el agua también lo consumen.

Figura 4. Donde la película de aceite se rompe: sin aditivo antidesgaste, el metal se desgasta; con él, la película de sacrificio se gasta en lugar de la pieza.

Para quien quiere el nombre técnico: el aditivo antidesgaste clásico es el ZDDP, un compuesto de zinc, fósforo y azufre, que vuelve en la sección del laboratorio. Con él, la película es una capa de fosfatos de zinc y hierro.

Número demasiado bajo para el calor. El aceite fino pasa por las holguras de la bomba, que rinde menos desde el primer día.

Número demasiado alto en el arranque en frío. El aceite espeso tarda en llegar a la bomba, y el daño viene por pasos:

1. La presión cae en la entrada de la bomba.

2. El aire disuelto en el aceite se libera en burbujas, como en el refresco cuando se abre la botella.

3. Si la presión cae todavía más, el propio aceite empieza a convertirse en vapor, igual que el agua hierve a una temperatura menor en lo alto de la montaña, donde la presión es menor.

4. Cuando las burbujas de vapor llegan a la zona de presión, colapsan de golpe y arrancan pedazos del metal. Ese daño se llama cavitación.

5. Las burbujas de aire no colapsan como las de vapor: se comprimen y se calientan, y ese calentamiento oscurece el aceite y acelera la oxidación. El aceite que no suelta bien el aire empeora el cuadro.

Figura 5. En la succión, la presión baja hace nacer burbujas; en la zona de presión, las de vapor colapsan y marcan el metal (cavitación).

Cómo se ve esto en su fábrica: el cilindro tarda más en cerrar la prensa con el mismo ajuste, y el aceite del depósito trabaja más caliente de lo normal. El filtro se satura antes del plazo, con partículas metálicas brillantes en el elemento, y la bomba se vuelve más ruidosa.

Para quien quiere el nombre técnico: en rigor, la aireación es la presencia de burbujas de aire en el aceite, sea aire arrastrado, sea aire disuelto que se libera con la presión baja. La cavitación, en cambio, es la formación y el colapso de burbujas de vapor del propio aceite.

Ahora se puede elegir el tipo según la condición de su sistema.

¿Qué aceite hidráulico usar en cada sistema?

Use HLP en la mayoría de las máquinas y cambie de tipo solo cuando una condición domine el sistema. El cuadro muestra la condición, el tipo y la línea de Kelpen Oil; el número que acompaña a cada línea es el grado ISO VG de los productos.

La DIN 51524 no trae requisitos para los grados más altos de las líneas Supra y Supra AW, como el ISO VG 320. En esos grados, hable con el Equipo Técnico para confirmar el tipo.

Tres elecciones suelen generar duda.

¿HL o HLP?

El HL basta en circulación y en cojinetes sin presión severa, o cuando el manual de la máquina pide HL. Una bomba a presión alta pide la letra P. En la línea Supra, el Supra 68 RED es un HL (DIN 51524 parte 1) de color rojo, que ayuda a encontrar fugas.

Frío y calor en el mismo sistema: HVLP

Todo aceite se adelgaza con el calor y se espesa con el frío. El índice de viscosidad (IV) dice cuánto: cuanto mayor el índice, menor el cambio. El HVLP, de IV alto, sigue siendo bombeable en el arranque en frío y mantiene la película en el calor. Un HLP común, en el mismo sistema, quedaría demasiado espeso en el frío o demasiado fino en el calor.

El IV alto puede venir de un aditivo, el mejorador de IV, hecho de moléculas largas. Puede venir también del propio aceite base: los aceites base minerales de refinación más severa, llamados Grupo III, ya nacen con IV alto (el artículo sobre aceites base explica la clasificación).

Figura 6. Del frío al calor, el HVLP cambia menos de espesor y se mantiene dentro del rango que acepta la bomba.

Para quien quiere el nombre técnico: los aceites base minerales de los Grupos I y II tienen IV de 80 a menos de 120, y el Grupo III empieza en 120 (API 1509, Anexo E). La parte 3 de la DIN 51524 incluye un ensayo de estabilidad al cizallamiento, el esfuerzo de corte dentro de la bomba. Ese esfuerzo puede romper las moléculas largas del mejorador de IV y hacer que el aceite se adelgace para siempre.

Un poco de agua que no se puede drenar: HLPD

El detergente del HLPD mantiene la suciedad suelta hasta el filtro, que la retiene, y el agua en gotas muy pequeñas dispersas en el aceite, lo que se llama emulsión. El filtro deja pasar esa agua. Sirve cuando entra poca agua, por condensación o salpicaduras de fluido de corte, y el depósito no tiene drenaje frecuente.

El HLP hace lo contrario: tiene buena demulsibilidad, la capacidad de soltar el agua, que baja al fondo del depósito y sale por la válvula del fondo, el drenaje.

El HLPD tiene límites:

1. Retiene solo un poco de agua. Por encima de eso, el agua se separa como en cualquier aceite mineral.

2. Aun dispersa, el agua envejece el aceite más rápido y acorta la vida de los cojinetes. Por eso el límite de agua que acepta el fabricante de la bomba sigue vigente.

3. El agua retenida en las gotas finas no sale por el drenaje: solo la deshidratación del aceite (por vacío, por ejemplo) o el cambio la sacan. La parte que pasa del límite y se separa, esa sí, baja al fondo.

4. Lleva la suciedad al filtro, así que el área de filtración tiene que dar abasto.

5. Con mucha agua, el camino es un HLP con buena demulsibilidad y drenaje en el fondo del depósito.

Para quien quiere el nombre técnico: el HLPD retiene en gotas finas cerca de 1 a 2% de agua, según fabricantes de equipos hidráulicos.

Falta el séptimo enemigo, el fuego, que pide un fluido de otro grupo.

¿Cuándo usar un fluido hidráulico resistente al fuego?

Cuando una fuga a presión puede encontrar una superficie caliente o una llama: cerca de un horno, de una lingotera (el molde donde el acero líquido se solidifica) o de una máquina de fundición a presión.

El mayor peligro viene del orificio pequeño: en una manguera de alta presión, pulveriza el aceite en niebla, y la niebla de aceite mineral se incendia con facilidad.

Tres temperaturas explican por qué un fluido arde con más dificultad que otro:

• Punto de inflamación: la temperatura a la que el aceite calentado suelta vapor suficiente para dar un destello cuando pasa una llama.

• Punto de combustión: la temperatura a la que la llama se enciende y se mantiene encendida.

• Temperatura de autoignición: la temperatura a la que el aceite se incendia solo, sin llama, apenas por el calor del aire o de una superficie alrededor.

El éster, base del HFDU, necesita más calor para soltar vapor que se incendie y para inflamarse solo en una superficie caliente. En una niebla, la llama tiende a no mantenerse cuando la fuente de calor desaparece.

Figura 7. La misma niebla frente a la llama: en el aceite mineral, el fuego se mantiene; en el HFDU, tiende a apagarse cuando la fuente desaparece. Arde con más dificultad, pero sigue siendo combustible.

Los fluidos HF, en la ISO 6743-4 (la norma internacional que clasifica los fluidos hidráulicos), se dividen en dos grupos: los que llevan agua y los que no. En los fluidos con agua, es el propio agua la que dificulta la combustión; el HFC, agua con glicol y polímero, es común en la fundición a presión. Los fluidos sin agua son sintéticos, como el HFDU.

El HFDU no exige controlar ni reponer agua, como pasa con los fluidos acuosos, y lubrica de una forma más cercana a la de un aceite antidesgaste. A cambio, necesita mantenerse seco: el agua descompone el éster poco a poco, lo que se llama hidrólisis, y el fluido se vuelve ácido.

Resistente al fuego, aquí, quiere decir que el fluido arde con más dificultad. Sigue siendo combustible, y la protección del punto caliente sigue vigente.

Nosotros, en Kelpen Oil, formulamos el Supra HFDU FR 68, fluido hidráulico de la clase HFDU a base de ésteres orgánicos, sin agua y sin aceite mineral, hecho para sustituir al hidráulico mineral antidesgaste donde hay riesgo de incendio. Convertir un sistema de aceite mineral a HFDU pide drenaje, limpieza del circuito y verificación de los sellos, de la pintura interna del tanque y de los filtros con el Equipo Técnico Kelpen Oil. El aceite mineral que queda en el circuito reduce la resistencia al fuego del fluido nuevo.

Para quien quiere el nombre técnico: la ISO 12922 clasifica como resistentes al fuego, según la definición de la ISO 5598, los fluidos con agua (HFAE, HFAS, HFB y HFC) y el HFDR. La misma norma dice que la mayoría de los HFDU, aunque mejores que el mineral, quedan fuera de esa definición y se llaman mejor "menos inflamable".

La figura siguiente junta todo: el mismo circuito del principio, ahora con cada protección en el punto donde trabaja.

Figura 8. El mismo circuito, con cada protección en el punto donde trabaja: antidesgaste en la bomba (HLP), demulsibilidad (HLP), liberación de aire y antiespumante en el depósito, detergente hasta el filtro (HLPD, en lugar de soltar el agua), índice de viscosidad en todo el circuito (HVLP) y resistencia al fuego cerca de una fuente caliente (HFDU).

Queda una última duda: ¿dos aceites con la misma sigla son iguales?

¿Qué exige la DIN 51524 y cómo lo verifica Kelpen Oil?

La DIN 51524 exige una batería de ensayos, y la sigla en el tambor es la declaración del fabricante de que el aceite alcanza el mínimo de cada uno. El resultado real aparece en el ensayo, y por eso dos HLP 68 de fabricantes distintos no son automáticamente iguales.

Entre otros requisitos, la norma pide resistencia a la oxidación, separación del agua, control de espuma y de aire, y protección contra la corrosión. En el HLP y el HVLP, pide también antidesgaste: el ensayo FZG, en una máquina de engranajes que aumenta la carga por etapas hasta que aparece daño, y un ensayo en una bomba de paletas, la misma del mecanismo de desgaste visto arriba.

En nuestro laboratorio propio en Arujá (SP), ningún lote de la línea Supra se libera sin aprobación. Parte de esos comportamientos se mide allí: demulsibilidad, espuma, corrosión en lámina de cobre y viscosidad.

En el aceite en uso, el análisis sale en un informe, el documento con los resultados. Dos cuidados en la lectura:

1. La demulsibilidad se lee al revés según el tipo. En el HLP, el agua tiene que salir del aceite; en el HLPD, se queda por diseño. Leído con la regla del tipo equivocado, el resultado condena aceite bueno o deja pasar aceite malo. El ensayo es el mismo (NBR 14172).

2. El fósforo y el zinc muestran el aditivo. El ICP, aparato que mide elementos químicos en el aceite (NBR 14786), acompaña el zinc y el fósforo del ZDDP, el aditivo antidesgaste clásico, que forma la película de sacrificio. Un contenido que baja indica consumo del aditivo (por el uso, el calor y el agua) o dilución por otro aceite.

Para quien trabaja con la norma, estos son los ensayos del informe de aceite en uso que el laboratorio realiza como servicio de pago:

El mismo laboratorio atiende a empresas externas, como servicio de pago. Puede enviar el hidráulico que usa hoy, de cualquier fabricante, y recibir un informe con viscosidad, contenido de agua, acidez y conteo de partículas. Es una forma directa de saber si el problema del sistema está en el aceite o en otro lugar.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el mejor aceite hidráulico? El que corresponde a la condición que más castiga su sistema, en el grado ISO VG que pide la temperatura. En la mayoría de las máquinas, es un HLP.

¿Qué significa AW en el aceite hidráulico? AW viene del inglés anti-wear, antidesgaste: indica que el aceite tiene aditivo contra el desgaste. "AW 68" es un nombre comercial; lo que define los ensayos es la clase de la norma, como el HLP de la DIN 51524 parte 2.

¿El aceite hidráulico HM es lo mismo que el HLP? En la práctica, sí. La ISO 6743-4 llama HM a lo que la DIN 51524 llama HLP, y HV al HVLP. La "L" de "L-HM 46" indica la clase de los lubricantes en la ISO. La ISO 6743-4 reúne los hidráulicos en la familia H. El HLPD no tiene categoría ISO.

¿Se pueden mezclar aceites hidráulicos de clases distintas? No se recomienda. Un HLP mezclado con un HLPD tiende a perder la capacidad de soltar el agua, y aditivos distintos pueden formar depósitos en el filtro. Al cambiar de clase, drene el sistema y, si hay lodo, limpie antes con aceite de flushing.

¿El aceite hidráulico biodegradable es lo mismo que el HFDU? No necesariamente. La biodegradabilidad tiene norma propia, la ISO 15380; la resistencia al fuego, la ISO 6743-4 y la ISO 12922. Un mismo éster puede cumplir las dos normas, pero cada una pide ensayos propios: ser HFDU no prueba biodegradabilidad, y ser biodegradable no prueba resistencia al fuego.

Glosario

• Oxidación: reacción del oxígeno del aire con el aceite caliente, que se espesa, se oscurece y forma lodo.

• Viscosidad: cuánto se resiste un líquido a fluir; el espesor del aceite.

• Antidesgaste (AW): aditivo que protege el metal donde la película de aceite se rompe; es la letra P del HLP.

• ISO VG: grado de viscosidad del aceite, el valor central del rango a 40 °C (ISO 3448).

• Índice de viscosidad (IV): cuánto cambia la viscosidad con la temperatura; cuanto mayor el índice, menor el cambio.

• Demulsibilidad: capacidad del aceite de soltar el agua.

• Cavitación: burbujas de vapor que colapsan en la zona de presión y arrancan metal.

Hable con el Equipo Técnico

El Equipo Técnico Kelpen Oil evalúa el tipo de bomba, la presión de trabajo, la temperatura de arranque y de régimen, la presencia de agua, el historial de contaminación y el riesgo de fuego, y confirma el tipo y el grado adecuados para cada sistema. Si el aceite ya está en uso, el laboratorio de Arujá (SP) hace el análisis del aceite en uso, como servicio de pago. Guarde este artículo o envíelo a quien se ocupa del mantenimiento hidráulico en su empresa.