¿Qué es el aceite soluble para maquinado?

El aceite soluble es el fluido de corte (el líquido que se rocía donde la herramienta corta el metal) que se compra concentrado y se mezcla con agua; en general, queda blanco como la leche. El agua enfría la herramienta y la pieza; el aceite, en gotas diminutas, lubrica el corte; los aditivos protegen la pieza contra la herrumbre. Para rendir, la mezcla se hace vertiendo el aceite en el agua, nunca al revés, y se revisa con frecuencia, porque cambia con el uso.

¿Para qué sirve el aceite soluble?

El aceite soluble se indica para el maquinado en que enfriar pesa tanto como lubricar, o más: el uso general en torno, fresadora, taladro y sierra.

Piense en la broca que sale caliente de la pared después de un agujero. En el maquinado pasa lo mismo, solo que sin parar: la herramienta arranca del metal una lasca, la viruta, y el calor se concentra en su filo, la parte que corta. Demasiado calor desgasta la herramienta antes de tiempo y altera la medida de la pieza.

Los metales en que trabaja:

• Acero, el caso más común.

• Hierro fundido, con una salvedad: el polvo fino que suelta se oxida y se vuelve lodo, por lo que el fluido debe proteger bien y el tanque necesita buena filtración.

• Acero inoxidable, en el torneado (el corte en el torno), el taladrado y el fresado; en el roscado y en el corte forzado, el aceite integral (usado puro, sin agua) suele rendir más.

• No ferrosos, los metales sin hierro (aluminio, cobre, latón y bronce). Para ellos, la química del fluido debe ser compatible: un fluido muy alcalino (lo contrario de ácido), por ejemplo, mancha el aluminio. La ficha del producto y el Equipo Técnico dicen si sirve.

Dentro de la mezcla, cada parte tiene un papel. Quien enfría es el agua, y el chorro arrastra la viruta lejos del corte. El aceite y los aditivos lubrican el contacto entre la viruta y la herramienta y protegen la pieza de la herrumbre que el propio agua causaría. Son las cuatro tareas de todo fluido (refrigerar, lubricar, limpiar y proteger), explicadas en la guía de fluido de corte para maquinado industrial.

Deja de ser la primera opción en el corte lento y forzado, como el roscado y el brochado (el corte hecho por una herramienta larga, de muchos dientes, que pasa una sola vez por la pieza). Allí la presión sobre el filo pesa más que el calor, y suele entrar el aceite integral.

Pero, si es aceite, ¿cómo se mezcla con el agua?

¿El aceite soluble se disuelve en agua?

En rigor, no: se reparte en el agua en gotas demasiado pequeñas para verse.

Recuerde el aderezo de ensalada hecho con aceite de oliva y vinagre. Agitado, queda turbio por un instante; en reposo, el aceite sube y forma una capa, porque las gotas se tocan y se juntan.

La leche también es grasa en gotas dentro del agua, y aun así no se separa en el vaso. La diferencia es que cada gota de grasa tiene una capa que le impide juntarse con las demás.

Esta mezcla de gotas de aceite repartidas en el agua, con una capa en cada gota, se llama emulsión. En el aceite soluble, quien forma la capa es el emulsionante, un aditivo que actúa como el detergente en la sartén grasienta: cada molécula suya tiene un extremo que ama el agua y otro que ama el aceite.

El recorrido, del tambor al tanque, es este:

1. El concentrado cae en el agua bajo agitación y se rompe en gotas.

2. El emulsionante cubre cada gota, con el extremo que ama el aceite hacia dentro y el que ama el agua hacia fuera.

3. Con esa capa, las gotas se repelen y no se juntan, lo que lleva a una mezcla que se mantiene uniforme por mucho tiempo en el tanque.

4. Las gotas de ese tamaño dispersan la luz en todas direcciones, lo que lleva al aspecto blanco de leche.

5. Cuando algo daña la capa (agua dura, con mucho calcio y magnesio; bacterias; consumo de los aditivos con el uso), las gotas se funden, el aceite sube y forma una capa, como en el aderezo en reposo. Es la emulsión rota, y no vuelve con agitación.

Un contraste ayuda a reconocer el problema en el tanque. En la leche cruda, recién ordeñada, la grasa sube y forma nata cuando queda en reposo; son gotas que subieron sin fundirse, y una sacudida las devuelve a la mezcla. En la emulsión rota, las gotas ya se volvieron una sola capa, y ninguna sacudida lo deshace.

Figura 1. Con la capa de emulsionante, dos gotas de aceite se tocan y se alejan sin juntarse; sin la capa, se funden en una gota mayor, que es el inicio de la emulsión rota.

Para quien necesita el número: en la emulsión común de fluido de corte, las gotas miden unos pocos micrómetros, es decir, unas pocas milésimas de milímetro (ScienceDirect Topics, "Microemulsion"; T. Norrby, STLE, 2017).

El emulsionante, sin embargo, es solo uno de los ingredientes del concentrado.

¿De qué está hecho el aceite soluble?

En general, de un aceite base mineral, el aceite de petróleo refinado que forma la base de casi todo lubricante, más un paquete de aditivos. También hay aceites solubles con base de éster, un aceite de origen vegetal o sintético. El aceite base tiene un texto propio, sobre qué son los aceites base.

Estos son los grupos principales de un concentrado (la lista completa varía de una fórmula a otra):

• Aceite base (en general mineral): lubrica el corte y forma las gotas.

• Emulsionantes: mantienen las gotas separadas, con la capa que acaba de ver.

• Inhibidores de corrosión: protegen de la herrumbre la pieza, la mesa y las guías por donde se desliza el carro de la máquina.

• Aditivos de lubricidad y de extrema presión (EP): los de lubricidad reducen la fricción; los EP reaccionan con el metal caliente y forman una capa fina que protege el filo de la herramienta en las operaciones más pesadas.

• Parte alcalina: ingredientes que vuelven alcalina la mezcla, lo contrario de ácida. Esto ayuda a los inhibidores contra la herrumbre, retrasa a las bacterias y mantiene estable la emulsión. Esa parte alcalina funciona como una reserva, la reserva alcalina, que se gasta con el uso; más adelante verá cómo.

• Antiespumante: corta la espuma que hacen el chorro y la bomba.

• Control de microbios: biocidas, es decir, bactericida y fungicida, o una fórmula que los resiste, porque el agua es donde crecen bacterias y hongos.

En la máquina, la mezcla lista es casi toda agua, y el concentrado es la parte pequeña. La proporción entre aceite, aditivos y agua cambia de un tipo de fluido a otro, y esa receta es la que separa las familias de la próxima sección.

Para quien necesita el número: según el manual de buenas prácticas de fluidos de maquinado de la OSHA, la agencia de seguridad en el trabajo de Estados Unidos, el concentrado de aceite soluble lleva de 30% a 85% de aceite base altamente refinado. Junto van emulsionantes, aditivos EP, inhibidores de corrosión, antiespumantes y bactericidas. El aceite base suele ser nafténico o parafínico, los dos tipos explicados en el texto de los aceites base.

¿Cuál es el mejor aceite soluble para maquinado?

El mejor es el que sirve a la operación más exigente de la máquina, al metal de la pieza y a la seguridad en el trabajo, sin las sustancias que su cliente (quien compra la pieza) prohíbe. Y debe estar bien cuidado en el tanque.

En el taller, "aceite soluble" se volvió el nombre de tres fluidos con agua, que se distinguen por la receta y el tamaño de la gota. Para ver dónde queda cada uno, la lista trae los cuatro tipos de fluido de corte, con el integral, que no lleva agua, solo como comparación:

1. Integral: aceite puro, sin agua, el que más lubrica.

2. Soluble: el aceite soluble de este texto, con más aceite y gotas de unos pocos micrómetros; la mezcla queda blanca.

3. Semisintético: menos aceite y gotas mucho menores, lo que se llama microemulsión; la mezcla va de ligeramente lechosa a casi transparente.

4. Sintético: sin aceite mineral, con ingredientes que se disuelven de verdad en el agua, como el azúcar. Eso es una solución, y la mezcla en general queda transparente.

Del integral al sintético, la lubricación baja, y la refrigeración, la limpieza y la visión de la pieza suben. En el rectificado, el acabado hecho con la muela (un disco abrasivo que funciona como una lija redonda), esa muela se calienta mucho y corta poco por vez, por lo que enfriar y ver la pieza pesan más que lubricar. Por eso la mayoría de las rectificadoras usa semisintético o sintético.

Figura 2. El tamaño de la gota cambia el color: en el soluble, las gotas mayores dispersan la luz y la mezcla queda blanca; en el semisintético, gotas mucho menores dejan pasar parte de la luz; en el sintético, que no tiene gotas porque está disuelto, la luz lo atraviesa.

La elección sigue cuatro pasos:

1. La operación más exigente de la máquina elige el tipo de fluido.

2. El metal elige la química: aluminio, cobre y latón piden un fluido formulado para ellos, porque la química equivocada puede manchar el metal (la mezcla muy alcalina, por ejemplo, mancha el aluminio), y la ficha del producto o el Equipo Técnico lo confirman.

3. La seguridad en el trabajo y la lista de su cliente descartan opciones. El aceite mineral del soluble puede entrar en el "laudo de insalubridad" de la planta, el documento en que la empresa brasileña registra los agentes que dañan la salud en el puesto de trabajo (la NR 15 es la norma brasileña que define las actividades insalubres). Si entra, puede haber un adicional por insalubridad y exigencia de protección para el operador; quien evalúa es el responsable de seguridad de la planta. Boro, cloro, nitrito y triazina (un bactericida) están entre las sustancias que los clientes más suelen prohibir. Los motivos están en la guía del fluido de corte, en la sección "¿Qué exigencias de seguridad y de química cambian la elección?".

4. La prueba en la propia máquina confirma, acompañada por la rutina de medición que este texto muestra más adelante.

Kelpen Oil formula la línea completa de fluidos para maquinado de metales: integral, soluble, semisintético y sintético. La línea Keen Sol tiene opciones libres de boro, de nitrito y de triazina, y la línea Micro Corte tiene un aceite soluble sin cloro.

Hable con el Equipo Técnico para encontrar el fluido de su operación. Las opciones están en la página de fluidos para maquinado de metales, parte de los productos para trabajo de metales de Kelpen Oil.

Para quien necesita la norma: en la ISO 6743-7 (familia M, maquinado), los fluidos usados puros forman el grupo MH, y los mezclados con agua, el grupo MA. El grupo MA separa la emulsión lechosa, la emulsión translúcida (microemulsión) y la solución transparente, que corresponden, en el lenguaje del mercado, al soluble, al semisintético y al sintético. En la microemulsión, las gotas miden menos de unos 100 nanómetros, por lo general unas pocas decenas, es decir, millonésimas de milímetro (IUPAC, Gold Book, "microemulsion").

Elegido el fluido, falta prepararlo.

¿Cómo usar el aceite soluble?

Siempre diluido, con el aceite vertido sobre el agua.

La cantidad se da por la concentración (cuánto concentrado va en la mezcla, en porcentaje): 5% quiere decir 5 litros de concentrado en cada 100 litros de mezcla. La preparación tiene cinco pasos:

1. Limpie el tanque y el recipiente de preparación. Restos de emulsión vieja, viruta y lodo (el barro pegajoso que se junta en el fondo) llevan bacterias a la carga nueva, la mezcla nueva que llena el tanque limpio. No mezcle productos diferentes en el mismo tanque.

2. Calcule el concentrado: volumen del tanque por la concentración que el proveedor indica para la operación.

3. Use agua limpia, de dureza baja a moderada, en el rango que indique la ficha del producto. El porqué viene enseguida.

4. Ponga primero el agua en el tanque y vierta el concentrado despacio, con agitación: mezclador, bomba de recirculación o dosificador, el aparato que toma concentrado y agua ya en la proporción.

5. Verifique la concentración antes de liberar la máquina. La forma de verificar está en la próxima sección.

El agua importa porque no toda agua es igual. La costra blanca en la tetera es la cal que dejan el calcio y el magnesio del agua dura. Esas sales reaccionan con buena parte de los emulsionantes y forman un jabón que no se disuelve, lo que lleva a una emulsión inestable o rota, a lodo en el filtro y en el fondo del tanque y a menos protección contra la herrumbre. En el otro extremo, el agua demasiado blanda, con poquísimo calcio y magnesio, hace espuma.

El orden también tiene motivo. Con el agua abajo, el aceite que cae es siempre la parte pequeña y se vuelve gota. Cuando se echa agua sobre el concentrado, al comienzo hay poca agua dentro de mucho aceite, y la mezcla sale al revés: gotas de agua atrapadas en el aceite. Es la emulsión invertida, espesa y grasosa como la mantequilla, que es justamente agua en gotitas atrapada dentro de la grasa. Después, no toda esa parte se deshace bien, y quedan grumos y aceite flotando sobre una mezcla más débil de lo que preveía la cuenta.

Figura 3. A la izquierda, el aceite vertido sobre el agua se vuelve gotas finas y la mezcla queda blanca y uniforme; a la derecha, el agua echada sobre el aceite forma la emulsión invertida, con nata, grumos y aceite flotando.

Con la máquina en marcha, el tanque pierde mezcla de dos maneras: el agua se evapora sola, y la mezcla entera sale pegada a la pieza y a la viruta.

Como solo se evapora agua, la mezcla que queda en el tanque se vuelve más concentrada, más fuerte; por eso lo que se repone es una mezcla más débil que la de la carga, y la concentración se verifica todos los días, como muestra la próxima sección.

Si la concentración medida queda por debajo del objetivo, súbala completando con una mezcla más fuerte preparada aparte, nunca con concentrado puro, que forma nata y grumos donde cae.

Las sales del agua también quedan cuando esta se evapora y se acumulan en cada reposición; por eso el agua de reposición debe estar en el rango de la ficha.

Figura 4. La evaporación quita solo agua y deja las sales en el tanque; la pieza y la viruta se llevan la mezcla entera. Por eso la reposición es más débil que la carga y el agua de reposición también cuenta.

Para quien necesita el número: un tanque de 200 litros al 5% lleva 10 litros de concentrado y 190 de agua (cuenta de ejemplo; la concentración viene del fluido en uso). La proporción 1:20 tiene dos lecturas: 1 litro de concentrado en 20 litros de mezcla (5%) o 1 litro de concentrado para 20 litros de agua (cerca de 4,8%). La cuenta del proveedor y la del operador deben ser la misma. La dureza del agua en el tanque puede llegar a cerca de diez veces la del agua de reposición (Lubes'N'Greases, "Dos and Don'ts of Emulsifying Coolant", 2018; el manual de la OSHA también pide reposición en la dilución adecuada).

En todos estos pasos aparece el mismo verbo: verificar.

¿Cómo medir la concentración del aceite soluble con refractómetro?

Con un aparato de bolsillo, el refractómetro, que lee una gota de la mezcla, y una cuenta simple que convierte esa lectura en porcentaje.

Ponga una pajilla en un vaso de agua: parece quebrada, porque la luz cambia de dirección al pasar del aire al agua. Cuantas más cosas haya mezcladas en el agua, más se desvía la luz. El refractómetro de mano mide ese desvío en una gota: cuanto más concentrada la mezcla, más alta la lectura.

La escala del aparato es en °Brix, unidad creada para medir azúcar en jugos y almíbares y usada aquí como lectura de referencia. Como cada fluido desvía la luz de un modo, la lectura se multiplica por el factor del refractómetro, el número de cada producto que convierte °Brix en porcentaje. Viene del proveedor del fluido, en la ficha técnica.

La medición, paso a paso:

1. Ponga el refractómetro en cero con el agua de la preparación, con el aparato y la muestra a la misma temperatura, o use un modelo con compensación automática de temperatura (ATC), porque el desvío de la luz cambia con el calor.

2. Tome la muestra del tanque en funcionamiento, por debajo de la superficie, y limpie el prisma, la ventana de vidrio donde va la gota.

3. Lea la línea entre el campo azul y el blanco.

4. Multiplique por el factor de su producto. El factor de otro fluido da una concentración errónea.

Figura 5. En el visor del refractómetro, la línea entre el campo azul y el blanco marca 4,0 °Brix; por el factor 1,25 del ejemplo, da 5,0% de concentración.

El error más común viene del aceite contaminante (también llamado aceite extraño o parásito), el aceite que gotea de la propia máquina y cae al tanque. Parte de él flota y escapa de la muestra, pero parte la propia mezcla la reparte en gotas, y esa parte desvía la luz en el refractómetro: la lectura sale más alta que la real, y usted acaba dosificando concentrado de menos.

Fuera del objetivo, el perjuicio aparece en los dos sentidos:

• Por debajo: falta aditivo contra herrumbre y bacterias, lo que lleva a herrumbre, herramienta que se gasta antes y un tanque que se pudre.

• Por encima: espuma, residuo pegajoso, más riesgo de irritar la piel del operador y concentrado gastado sin retorno.

La segunda medición es el pH, que dice cuán ácida o alcalina es la mezcla, en una escala en que 7 es neutro y por encima de 7 es alcalino. El limón es ácido; el jabón es lo contrario, alcalino. La mezcla nueva es alcalina, como el jabón.

Eso ayuda a los inhibidores a frenar la herrumbre, retrasa a las bacterias y mantiene estable la emulsión; cuando el pH baja, las tres cosas empeoran juntas. En el otro sentido, un pH por encima del rango del producto irrita la piel y mancha el aluminio.

El pH se mide con tira o con medidor. El pH de la carga nueva, medido en la concentración de trabajo y anotado el primer día, se vuelve la referencia de ese tanque. Compare el pH de hoy con el de la carga nueva, siempre con las dos mezclas en la misma concentración, porque el pH cambia un poco con ella. El rango correcto de cada producto viene en su ficha.

En cuanto a la frecuencia: mire y huela el tanque todos los días y mida la concentración todos los días. El pH se mide como mínimo una vez por semana, y más veces cuando el tanque dé señal.

Para quien necesita el número: concentración = lectura en °Brix × factor del producto; en el ejemplo de la Figura 5, 4,0 °Brix × 1,25 = 5,0% (factor ilustrativo, de ningún producto). La mezcla vieja también lee más alto que lo real, porque acumula sales, aceite contaminante y restos. En ese caso, la referencia es una medición química de laboratorio: la titulación, que mide la alcalinidad de la mezcla y, comparada con la del producto nuevo, da la concentración; o la ruptura con ácido, que separa y mide el aceite. Lo hace el proveedor del fluido o un laboratorio. Frecuencia mínima (HSE, la agencia británica de salud y seguridad en el trabajo, guía MW5): inspección visual y de olor diaria; concentración, pH y conteo de bacterias semanales.

Llega un día, sin embargo, en que acertar la concentración ya no resuelve.

¿Cuándo cambiar la emulsión del aceite soluble?

Cuando la corrección no devuelve el tanque a su estado: pH que sigue bajando después de acertar la concentración, olor fuerte que vuelve, mezcla que se rompe u oxidación con la concentración en el objetivo.

La mayoría de las veces, el pH baja por culpa de las bacterias. Al alimentarse del fluido, sueltan ácidos, y esos ácidos gastan la reserva alcalina, la capacidad de la parte alcalina de la fórmula de mantener el pH alto aun cuando entra ácido. Mientras la reserva dura, el pH casi no se mueve; cuando se acaba, el pH se desploma.

Figura 6. Mientras dura la reserva alcalina, el pH se mantiene cerca del de la carga nueva; cuando se acaba, el pH baja, y si la corrección de la concentración no lo sostiene, es hora de cambiar la emulsión.

Cada señal tiene una medición, una causa probable y una respuesta; la última columna dice cuándo basta corregir y cuándo es hora de cambiar. La lámina de cultivo, citada en la tabla, es una plaquita que se sumerge en el tanque y muestra las colonias de bacterias después de uno o dos días.

A la hora del cambio, el orden es este:

1. Antes de drenar, haga circular en la mezcla vieja un limpiador de sistema, producto de limpieza del circuito que suelta el lodo de las paredes y de las mangueras, durante el tiempo que indique el proveedor.

2. Drene y enjuague.

3. Solo entonces prepare la carga nueva, porque un tanque sucio contamina la mezcla nueva.

4. Deseche bien la emulsión usada. Es un efluente aceitoso, agua con aceite que no puede ir al alcantarillado ni a un río sin tratamiento y sin autorización. El destino es la planta de tratamiento de la propia fábrica o una empresa con licencia del órgano ambiental.

Para quien necesita el número: según el manual de la OSHA, si la capa de aceite, después de retirada, vuelve a cubrir la superficie en menos de 5 a 8 segundos, hay demasiado aceite contaminante. La Resolución CONAMA 430/2011, del Consejo Nacional del Medio Ambiente de Brasil, art. 16, limita los aceites minerales a 20 mg/L en el efluente vertido directamente a un río o arroyo. Una emulsión al 5% lleva cerca de mil veces ese límite (de unas 650 a casi 2000 veces, por el rango de 30% a 85% de aceite de la OSHA y con el aceite a cerca de 0,87 kg/L).

Cuando ni el refractómetro ni el pH explican lo que está pasando, la respuesta viene de otro lugar.

¿Cómo ayuda Kelpen Oil a controlar el fluido?

Por la rutina de la máquina y, cuando esta no basta, por el Equipo Técnico.

En la máquina, la rutina de este texto: concentración con el factor del producto y pH comparado con la referencia del tanque. El Equipo Técnico de Kelpen Oil ayuda a montar esa rutina y a leer lo que muestra.

Cuando el tanque no explica el síntoma, hable con el Equipo Técnico de Kelpen Oil. El laboratorio propio en Arujá (SP) hace 25 análisis, descritos en el texto sobre análisis en laboratorio; en el fluido de corte, el análisis se hace en el concentrado, como servicio pago; para la mezcla que ya está en el tanque, el Equipo Técnico orienta.

Para quien necesita la norma: el laboratorio tiene el ensayo de corrosión en lámina de cobre (NBR 14359, equivalente a la ASTM D130), que da una indicación sobre el concentrado; la mezcla en el tanque se sigue por la rutina de la máquina.

Preguntas frecuentes

¿Para qué sirve el aceite soluble sintético? El nombre viene del taller: sin aceite mineral, forma con el agua una solución transparente y sirve a la mayoría de las rectificadoras y al maquinado ligero; los tipos están en la sección sobre el mejor aceite soluble.

¿Para qué sirve el aceite soluble de tornero mecánico? Es el mismo aceite soluble de este texto, con el nombre que ganó en el taller: la mezcla que enfría y lubrica torno, fresadora y taladro. La preparación es igual, con el aceite sobre el agua y la concentración verificada.

¿Cuál es la diferencia entre aceite soluble y aceite integral? El integral se usa puro, sin agua, y lubrica más; el soluble trabaja diluido en agua y enfría más. El corte lento y forzado suele pedir integral; el corte rápido y caliente suele pedir un fluido con agua (soluble, semisintético o sintético), según la operación.

¿Se puede hacer aceite soluble casero? No con el mismo resultado. Sin emulsionante, inhibidor de corrosión, parte alcalina y control de bacterias en la medida justa, la mezcla se rompe en el tanque, oxida la pieza y expone la piel del operador a productos sin control. La guía del fluido de corte explica las alternativas, en la sección "¿Qué sustituye al fluido de corte?".

Glosario

• Emulsión: gotas de aceite repartidas en el agua, cada una con una capa que le impide juntarse con las demás; en el aceite soluble, la mezcla queda blanca.

• Emulsión rota: mezcla en que las gotas se fundieron y el aceite subió en capa; no vuelve con agitación.

• Concentración: cuánto concentrado va en la mezcla, en porcentaje; 5% son 5 litros en cada 100 litros de mezcla.

• Agua dura: agua con mucho calcio y magnesio, que reacciona con buena parte de los emulsionantes y forma lodo.

• Refractómetro: aparato de bolsillo que mide el desvío de la luz en una gota de la mezcla; la lectura en °Brix por el factor del producto da la concentración.

• pH: medida de cuán ácida o alcalina es la mezcla; 7 es neutro y por encima de 7 es alcalino.

• Reserva alcalina: capacidad de la parte alcalina de la fórmula de mantener el pH alto aun cuando entra ácido.

Hable con el Equipo Técnico

El Equipo Técnico de Kelpen Oil mira los metales, las operaciones y la más exigente de ellas, el tanque, el agua disponible y las sustancias que su cliente prohíbe, e indica el fluido adecuado para su caso. Si la emulsión ya está en la máquina, el Equipo Técnico ayuda a leer las anotaciones del tanque; el análisis del concentrado en el laboratorio de Arujá (SP) es un servicio pago.

Antes de cambiar de fluido, anote durante una semana la concentración de cada día y el pH de al menos dos días, con el olor y el aspecto del tanque: la mayor parte de los problemas aparece en esas anotaciones. Guarde este artículo o envíelo a quien prepara el fluido del maquinado en su empresa.