ES2529540T3

ES2529540T3 - Composiciones lubricantes para refrigerador

Info

Publication number: ES2529540T3
Application number: ES02701433.1T
Authority: ES
Inventors: Peter Timothy Gibb; David William Graham
Original assignee: Lubrizol Corp
Current assignee: Lubrizol Corp
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2015-02-23
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US7176169B2; KR20030080048A; CN1494583A; BR0207575A; WO2002070637A1; BR0207575B1; JP2010189652A; JP2004526832A; CN100366713C; EP1366139A1; KR100859616B1; GB0105065D0; EP1366139B1; BR0207575B8; US20040063590A1; DK1366139T3

Abstract

Composición lubricante para su uso en un compresor de pala giratorio tiene un componente de aceite de base que comprende al menos el 55% en peso de un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y entre el 45% y el 25% en peso de un éster de poliol como componente minoritario del mismo, en la que el componente alquilbenceno tiene una distribución molecular en la que al menos el 50% de la fracción de peso molecular es mayor de 350.

Description

E02701433

04-02-2015

DESCRIPCIÓN

Composiciones lubricantes para refrigerador

5 La invención se refiere a composiciones lubricantes para aplicaciones refrigerantes, especialmente a composiciones lubricantes para su uso en compresores de pala giratorios usados en equipo de refrigeración, y a compresores, especialmente compresores de pala giratorios, lubricados mediante tales composiciones.

Los sistemas de refrigeración consisten en un compresor para comprimir un gas refrigerante, un condensador para condensar el gas comprimido, un dispositivo de expansión y una sección de evaporador en la que se evapora el gas condensado para proporcionar un efecto de enfriamiento, estando conectada la sección de evaporador mediante una línea de retorno al compresor. El compresor, al tener partes móviles, requiere lubricación para reducir la fricción y el desgaste y para proporcionar, en algunos diseños, un efecto sellante.

15 Históricamente, las composiciones lubricantes usadas en sistemas de refrigeración contenían, como aceite de base, aceites minerales, alquilbencenos, aceites parafínicos, aceites naftalénicos y poli-α-olefinas (PAO), siendo el refrigerante normalmente clorofluorocarburos (CFC) e hidroclorofluorocarburos (HCFC). Sin embargo, tras el Protocolo de Montreal, en 1987, debido a las propiedades de disminución de ozono de tales refrigerantes, los CFC, y posteriormente los HCFC, tuvieron que retirarse progresivamente.

La introducción de refrigerantes alternativos introducidos incluyó fluorocarburos (FC) e hidrofluorocarburos (HFC). Sin embargo, las composiciones lubricantes refrigerantes tradicionales tales como aceites minerales y alquilbencenos, debido a su inmiscibilidad con los nuevos refrigerantes, no se consideraron adecuadas para estas aplicaciones. Por ejemplo, tales lubricantes tradicionales tienen problemas de retorno de aceite y crean un alto par

25 de torsión en el motor en el arranque debido a su alta viscosidad cuando están fríos. Las composiciones lubricantes consideradas adecuadas para su uso con los nuevos refrigerantes, debido a su polaridad superior y por tanto a su mayor miscibilidad con los nuevos refrigerantes, incluían ésteres de poliol (POE), poli(vinil éteres) (PVE) y polialquilenglicoles (PAG).

Sin embargo, las altas cargas generadas por la pala sobre los elementos de compresión en compresores de pala giratorios usados en aplicaciones de refrigeración crean un entorno difícil para que funcionen compresores que contienen tales composiciones lubricantes. Normalmente, algunas composiciones lubricantes no rinden adecuadamente lo que conduce a desgaste significativo de la palas y los elementos de compresión en los compresores. Por ejemplo, los POE, debido a su solubilidad en el refrigerante y al bajo coeficiente de presión de

35 viscosidad, no pueden mantener suficiente viscosidad en las condiciones de funcionamiento para evitar el contacto de metal con metal y el desgaste. Adicionalmente, debido al calor generado en las puntas de la palas, algunas composiciones lubricantes pueden descomponerse dando lugar a productos de descomposición indeseables, por ejemplo los POE pueden degradarse para dar ácidos, lo que puede conducir a corrosión y otros efectos perjudiciales.

Se han realizado intentos para superar estos problemas.

Por ejemplo, en el documento EP 0533957, un compresor giratorio de pala fija usado en un sistema de refrigeración que contiene 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R134a), un HFC, y una composición lubricante que consiste en un POE, la

45 pala está fabricada de un material que tiene una dureza y un punto de fusión superior al del material del que está fabricado el elemento de compresión.

Se da a conocer un compresor similar en el documento US 5966949. Sin embargo, en este caso, la composición lubricante de POE también contiene un aditivo de presión extrema tal como triéster de ácido fosfórico.

Los PVE han encontrado utilidad particular en compresores de pala giratorios pero son caros en relación con otras composiciones lubricantes.

Más generalmente, se han realizado intentos de usar las composiciones lubricantes tradicionales que incluyen aceite 55 mineral, alquilbencenos, etc., con los nuevos gases refrigerantes.

Por ejemplo, en el documento EP 0699742, se propone usar una composición de aceite de refrigerador en la que hay del 70 al 99% en peso de un aceite de alquilbenceno que contiene al menos el 60% en peso de alquilbencenos que tienen un peso molecular de 200 a 350 y del 30 al 1% en peso de un aceite sintético que contiene oxígeno que puede ser entre otros un éster de poliol. El aceite de alquilbenceno tiene que tener menos del 40% en peso de alquilbencenos que tienen un peso molecular de menos de 200 o más de 350 y, en particular, preferiblemente el aceite de alquilbenceno tiene hasta el 100% en peso de alquilbencenos que tienen un peso molecular de 200 a 350. Si el aceite de alquilbenceno no cumple los requisitos especificados, se da a conocer que puede producirse el gripado del compresor de refrigerador.

65 En el documento EP 0622445 se propone usar una mezcla de gases refrigerantes que contienen flúor al menos uno

E02701433

04-02-2015

de los cuales es inflamable, siendo la mezcla no inflamable, en combinación con una composición lubricante que, en las condiciones de trabajo del sistema de refrigeración, tiene una solubilidad en la mezcla de gas refrigerante del 0,5 al 7% en peso. La mezcla de gas refrigerante se selecciona de HFC, fluoroamina, fluoroéter, fluoropropano, fluoroetano y fluorosilano. La composición lubricante puede seleccionarse de un polímero de clorofluorocarburo, un

5 polímero de perfluorocarburo, perfluoroalquilpoliéter, una silicona modificada o un compuesto aromático clorado o de alquilbencenos, poli-α-olefinas, aceites parafínicos, aceites naftalénicos, poli(éteres de fenileno), poli(tioéteres de fenileno) y parafinas cloradas.

En el documento EP 1018538, se propone usar aceite de hidrocarburo como el aceite de base para la composición lubricante con un refrigerante que contiene hidrocarburo. Los posibles refrigerantes incluyen entre otros metano, etileno, etano, propileno, propano, butano o bien solos o bien en mezclas entre sí o con un HFC. Las posibles composiciones lubricante contienen un aceite de base de aceites minerales naftalénicos, aceites minerales parafínicos, polímeros de olefina, compuestos de naftaleno, alquilbencenos y mezclas de los mismos.

15 Sin embargo, debido a la baja solubilidad de tales composiciones lubricantes tradicionales en HFC, todavía se mantienen problemas de retorno de aceite desde el sistema de refrigeración y problemas del arranque debido a la alta viscosidad de tales composiciones a temperaturas relativamente bajas.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una composición lubricante que reduce o evita uno o más de las desventajas mencionadas anteriormente.

Según la presente invención, una composición lubricante para su uso en un compresor de pala giratorio tiene un componente de aceite de base que comprende al menos el 55% en peso de un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y entre el 45% y el 25% en peso de un éster de poliol como componente minoritario del

25 mismo, en la que el componente alquilbenceno tiene una distribución molecular en la que al menos el 50% de la fracción de peso molecular es mayor de 350.

En particular, el componente de aceite de base de la composición lubricante comprende al menos el 55% en peso de alquilbenceno y como máximo el 45% en peso de un éster de poliol; más preferiblemente entre el 55% y el 75% en peso de alquilbenceno y entre el 45% y el 25% en peso de éster de poliol y, especialmente, entre el 60% y el 75% en peso de alquilbenceno y entre el 40% y el 25% en peso de éster de poliol. Más especialmente, el componente de aceite de base de la composición lubricante consiste esencialmente en alquilbenceno y éster de poliol. Alquilbencenos y ésteres de poliol y su preparación se describen en Synthetic Lubricants and High-Performance Functional Fluids (1ª edición editada por Ronald L Shubkin, 1993, ISBN 0-8247-8715-3; 2ª edición

35 editada por Leslie R Rudnick y Ronald L Shubkin, 1999, 0-8247-0194-1). Se hace referencia particular a la Parte I, Secciones 2 y 5 y la Parte II, Sección 19 de la 1ª edición y a la Parte I, Secciones 3 y 7 y la Parte II, Secciones 24 y 25 de la 2ª edición.

Los alquilbencenos particularmente adecuados para su uso en la invención incluyen mono-alquilbencenos, dialquilbencenos, di-fenilalcanos y mezclas de los mismos. Preferiblemente, el componente alquilo del alquilbenceno está ramificado y se deriva de oligómeros de propileno.

Alquilbencenos preferidos para su uso en la invención tienen una distribución molecular en la que al menos el 80%, y más especialmente, el 100% de la fracción de peso molecular es mayor de 200; más particularmente, al menos el

45 75% de la fracción de peso molecular es mayor de 300; y especialmente al menos el 50%, de la fracción de peso molecular es mayor de 350. Preferiblemente, al menos el 70% de la fracción de peso molecular está por debajo de 500, más especialmente al menos el 50% de la fracción de peso molecular está por debajo de 450.

Alquilbencenos preferidos tienen una viscosidad cinemática de al menos 10 cSt, y más preferiblemente de al menos 25 cSt, pero de no más de 70 cSt a 40ºC y una viscosidad cinemática de al menos 2 cSt, y más preferiblemente de al menos 3,5 cSt, pero de no más de 10 cSt a 100ºC.

Alquilbencenos preferidos tienen un punto de fluidez de menos de -10ºC más preferiblemente de menos de -20ºC y particularmente de menos de -30ºC.

55 Alquilbencenos preferidos tienen un índice de acidez de menos de 0,04 mg de KOH/g.

Ésteres de poliol particularmente adecuados para su uso en la invención están compuestos por alcoholes polihidroxilados y ácidos carboxílicos monobásicos. Ésteres de poliol particularmente preferidos están compuestos por uno o más alcoholes seleccionados de neopentilglicol (NPG), trimetilolpropano (TMP) y pentaeritritol (PE) y dímeros y trímeros de los mismos y uno o más ácidos seleccionados de ácidos de C5 a C18, particularmente ácidos de C5 a C13 y más particularmente ácidos de C5 a C9 lineales y/o ramificados.

Ésteres de poliol preferidos tienen una viscosidad cinemática de al menos 5 cSt pero de no más de 40 cSt y más

65 preferiblemente de menos de 25 cSt a 40ºC y una viscosidad cinemática de al menos 1,5 cSt pero de no más de 5 cSt y más preferiblemente de menos de 4 cSt a 100ºC.

E02701433

04-02-2015

Ésteres de poliol preferidos tienen un punto de fluidez de menos de -40ºC más preferiblemente de menos de -50ºC y particularmente de menos de -55ºC.

5 Ésteres de poliol preferidos tienen un índice de acidez de menos de 0,04 mg de KOH/g.

Composiciones lubricantes preferidas según la invención tienen una viscosidad cinemática de al menos 5 cSt pero de no más de 40 cSt y más preferiblemente de menos de 25 cSt a 40ºC y una viscosidad cinemática de al menos 2 cSt pero de no más de 6 cSt y más preferiblemente de menos de 5 cSt a 100ºC.

Tales composiciones lubricantes preferidas tienen un punto de fluidez de no más de -40ºC, preferiblemente de no más de -45ºC y especialmente de no más de -50ºC.

Composiciones lubricantes según la invención también comprenden uno o más de otros aditivos de lubricante de

15 funcionalidad conocida a niveles de entre el 0,0001 y el 20% en peso, más preferiblemente entre el 0,01 y el 10% en peso, más especialmente entre el 0,01 y el 5% en peso basándose en el peso del componente de aceite de base. Los aditivos adecuados incluyen antioxidantes, aditivos antidesgaste, agentes para presión extrema, eliminadores de ácido, agentes espumantes, agentes anti-espumantes, estabilizadores, tensioactivos, mejoradores del índice de viscosidad, inhibidores de la corrosión, pasivantes o desactivadores de metal, mejoradores de la lubricidad o agentes de untuosidad y modificadores de la fricción.

Según otro aspecto de la invención, el uso en un compresor de pala giratorio de una composición lubricante que tiene un componente de aceite de base que comprende un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y un éster de poliol como componente minoritario del mismo. Según aún otro aspecto de la invención, un método de

25 lubricar un compresor de pala giratorio comprende usar una composición lubricante que tiene un componente de aceite de base que comprende un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y un éster de poliol como componente minoritario del mismo.

Según un aspecto adicional de la invención, un compresor de pala giratorio cargado con una composición lubricante que tiene un componente de aceite de base que comprende un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y un éster de poliol como componente minoritario del mismo.

Según un aspecto todavía adicional de la invención, un sistema de refrigeración que comprende un compresor de pala giratorio, estando dicho sistema cargado con un refrigerante que comprende un fluido transmisor térmico sin

35 cloro, que contiene flúor y una composición lubricante que tiene un componente de aceite de base que comprende un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y un éster de poliol como componente minoritario del mismo.

En una realización preferida de la invención, el compresor de pala giratorio es un compresor de pala fija.

Preferiblemente el refrigerante es un hidrofluorocarburo y más preferiblemente se selecciona del grupo que comprende difluorometano (R-32), trifluorometano (R-23), 1,1,2,2-tetrafluoroetano (R-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (R-134a), 1,1,1-trifluoroetano (R-143a), 1,1-difluoroetano (R-152a), pentafluoroetano (R-125) y hexafluoroetano (R116) y mezclas de dos o más de los mismos. Refrigerantes particularmente útiles son R-32, R-116, R125, R134a, R

45 143a y mezclas de los mismos.

Composiciones lubricantes según la invención proporcionan buena lubricación, retorno de aceite y bajas condiciones de par de torsión en el arranque a un coste relativamente bajo en comparación con las composiciones lubricantes usadas hasta ahora.

Ahora se describirá adicionalmente la invención a modo de ejemplo sólo con referencia a los dibujos adjuntos y los siguientes ejemplos.

En los dibujos:

55 la figura 1 muestra una vista en perspectiva en despiece ordenado simplificada de un compresor giratorio de pala fija;

la figura 2 es una representación gráfica de los resultados obtenidos en el ejemplo 7; y

las figuras 3 y 4 son representaciones gráficas de los resultados obtenidos en el ejemplo 11.

Haciendo referencia a la figura 1, el compresor 10 giratorio de pala fija tiene un alojamiento 12 cilíndrico en el que se monta concéntricamente un árbol 14 para el giro alrededor de un eje concéntrico con el alojamiento 12. El árbol 14 65 tiene montado entre juntas 16 a elemento 18 de leva. Un elemento 20 de compresión cilíndrico está ubicado alrededor del elemento 18 de leva de manera que el árbol 14 a través del elemento 18 de leva lo hace girar. Una

E02701433

04-02-2015

pala 22 fija está montada en la periferia del alojamiento 12 y está desviada de manera elástica a una posición interior en la que penetra al interior del alojamiento. La pala 22, en su punta 24, se acopla con la superficie exterior del elemento 20 de compresión.

5 En funcionamiento, el giro del elemento 20 de compresión de manera excéntrica dentro del alojamiento 12 mediante el elemento 18 de leva provoca que la pala 22 se mueva radialmente del alojamiento 12. El fluido que entra en el alojamiento 12 a través de una entrada (no mostrada) se comprime entre la pala 22 y el elemento 20 de compresión mediante giro del elemento 20 de compresión. El fluido comprimido pasa a través de una salida equipada con válvula o regulador (no mostrada) en el alojamiento adyacente a la pala 22 inmediatamente aguas arriba de la

10 misma en relación con el sentido de giro del elemento 20 de compresión.

Una composición lubricante está presente en el compresor 10 para lubricar la punta 24 de la pala 22 al entrar en contacto con la superficie exterior del elemento 20 de compresión y para lubricar los lados de la pala 22 que están en contacto deslizante con el alojamiento 12. La composición lubricante también lubrica otras partes del sistema

15 tales como cojinetes y, adicionalmente, proporciona un sellado satisfactorio entre los lados de presión alta y baja de la punta 24 de la pala 22 y el elemento 20 de compresión.

Ejemplo 1

20 Los componentes de muestras usados para evaluación se exponen en la tabla 1 y las muestras usadas para evaluación se exponen en la tabla 2.

Tabla 1

N.º

1: Es un alquilbenceno disponible de Chevron Company con el nombre comercial Zerol 55.

2A, 2B, 2C y 2D: Son muestras de alquilbencenos disponibles de Chevron Company con el nombre comercial Zerol 150.

3: Es un alquilbenceno que contiene un aditivo antidesgaste de fosfato que se usa en compresores giratorios de pala fija en combinación con refrigerante R22 (un HCFC).

4A: Es un éster de poliol preparado haciendo reaccionar PE con ácido monocarboxílico C5 lineal.

4B: Es un éster de poliol preparado haciendo reaccionar PE con ácido monocarboxílico C5 lineal.

4C: Es un éster de poliol preparado haciendo reaccionar NPG con ácido C7 lineal (NPG nC7).

4D: Es un éster de poliol preparado haciendo reaccionar una mezcla 50:50 de PE y di-PE con ácidos C5 lineal, C7 lineal y C9 ramificado (25:25:50).

5A: Es un éster de poliol disponible de Japan Energy Corporation que se usa en compresores giratorios de pala fija en combinación con refrigerantes de HFC.

5B: Es un éster de poliol disponible de Japan Sunoil que se usa en compresores giratorios de pala fija en combinación con refrigerantes de HFC.

6: Es un PVE disponible de Idemitsu Kosan que se usa en compresores giratorios de pala fija en combinación con refrigerantes de HFC.

7: Es un aceite mineral disponible de Japan Sunoil con el nombre comercial SUNISO 4GS.

25 En la tabla 2:

• indica muestras comparativas;

• BHT es 3,5-dibutil-4-hidroxitolueno, un antioxidante; 30

•: TCP es fosfato de tricresilo, un aditivo antidesgaste; y

•: los componentes de aceite de base se expresan en % en peso de ese componente y los aditivos se expresan en % en peso basándose en el peso del componente de aceite de base.

E02701433

04-02-2015

Las propiedades de las muestras se facilitan en la tabla 3 en la que:

*1 La miscibilidad a baja temperatura de cada una de la muestras se determina colocando una parte pesada con

5 precisión de la muestra (aproximadamente 0,6 g) en un visor, conectando el visor a una bomba de vacío para evacuarlo, enfriando el visor usando una mezcla de acetona/Drikold y añadiendo una parte pesada con precisión de refrigerante (aproximadamente 5,4 g). Las partes de muestra y refrigerante equivalen al 10% de la composición lubricante en el refrigerante. Entonces se deja que el visor y su contenido alcancen temperatura ambiente. Si, tras el examen del contenido del visor, están presentes dos o más fases, entonces la composición lubricante es inmiscible

10 con el refrigerante a temperatura ambiente y se notifica este hecho. Si, tras el examen del contenido del visor, está presente una fase, entonces se enfrían el visor y su contenido a una velocidad de aproximadamente 1ºC/5 minutos hasta que la mezcla se vuelve turbia, es decir está empezando la separación de fases, y se notifica la temperatura del punto de enturbiamiento.

15 *2 IM = Inmiscible.

Tabla 2

N.º: Alquilbenceno POE PVE Aceite mineral Aditivos

9: 31,5% de n.º 1 y 58,5% de n.º 2A 10% de n.º 4A 0,05% de BHT

10: 90% de n.º 2D 10% de n.º 4A 0,05% de BHT

11: 70% de n.º 2D 30% de n.º 4C 0,05% de BHT

12: 70% de n.º 2D 30% de n.º 4C 3% de TCP 0,05% de BHT

13A: 65% de n.º 2B 35% de n.º 4C 2,25% de TCP 0,05% de BHT

13B: 65% de n.º 2C 35% de n.º 4C 2,25% de TCP 0,05% de BHT

13C: 66% de n.º 2C 34% de n.º 4C

13D: 65% de n.º 2B 35% de n.º 4C 3% de TCP 0,05% de BHT

14A*: 100% de n.º 4B 6% de TCP 0,1% de BHT

14B*: 100% de n.º 4D 6% de TCP 0,1% de BHT

15A*: 100% de n.º 2C

15B*: 100% de n.º 2D

16*: 100% de n.º 3

17*: 100% de n.º 5A

18*: 100% de n.º 6

19*: 100% de n.º 5B

20*: 100% de n.º 7

Un alquilbenceno es un compuesto polimérico, que tiene una distribución de pesos moleculares que puede

20 caracterizarse de varias maneras diferentes. Una de tales caracterizaciones es el peso molecular promedio en número (Mn). Este es un tipo de recuento normal del peso molecular. Otra manera es el peso molecular promedio en peso (Mw), que potencia el extremo superior de la distribución del peso molecular.

A continuación en la tabla 4 se facilitan el Mn y Mw para las muestras 2A, 2B y 2C, es decir Zerol 150. 25 Tabla 4

N.º de muestra: Mw Mn

2A: 379 440

2B: 362 400

2C: 380 351

En estas muestras, Mn y Mw tienen valores cercanos, indicando que las muestras tienen distribuciones del peso molecular estrechas.

E02701433

04-02-2015

Los % de distribuciones moleculares de las muestras 1, 2A, 2B y 2C son tal como se muestran en la tabla 5. Tabla 5

N.º de muestra: PM <200 PM 200-300 PM 301-350 PM >350

1: 13 80 6
1

2A: <0,5 17 23 60

PM <350: PM 350-400 PM 401-450 PM 451-500 PM >500

2B: 22,3 16,5 18,3 14,4 28,5

2C: 42 20,7 14,7 11,2 11,4

5 La muestra 2D se ha usado para indicar muestras de alquilbencenos de Zerol 150 para los que no se determinaron los parámetros en las tablas 4 y 5; sin embargo, esas muestras tendrán pesos moleculares y distribuciones del peso molecular similares a las otras muestras.

Las muestras 1 y 2A/B/C/D (Zerol 55 y Zerol 150, respectivamente) son alquilbencenos ramificados, cuya estructura 10 química es probable que consista en los siguientes tipos moleculares.

imagen1

La muestra 3 es un alquilbenceno ramificado que es probable que tenga una estructura similar a las muestras 1 y 15 2A/B/C/D.

Ejemplo 2

Las pruebas de desgaste en mesa de trabajo de las muestras 13D y 16 a 18 se han realizado según la norma ASTM

20 D-4172 (método de cuatro bolas). El método de cuatro bolas consiste en una bola de acero giratoria presionada contra otras tres bolas de acero y se cuantifica mediante la medición del diámetro de la marca por desgaste producida. Las condiciones de la prueba son 40 kg de carga durante 1 hora, bajo una atmósfera de aire. El diámetro de la marca por desgaste sobre las bolas es una medida directa de la cantidad de desgaste. Cuanto menor sea la marca por desgaste, mejor será la composición lubricante en la prevención del desgaste en esas condiciones.

25 Los resultados de la prueba se muestran en la tabla 6.

Tabla 6

N.º de muestra: 13D 16 17 18

Marca por desgaste (mm): 0,642 1,77 1,047 0,605

30 Estos datos demuestran que el rendimiento del desgaste en estas condiciones de prueba es comparable para las muestras 13D (según la invención) y 18, ambas de las cuales demuestran un desgaste significativamente mejor que las muestras 16 y 17.

Tabla 3

Propiedad: Método Nº de muestra

de

prueba

1: 2A 2B 3 4A 4B 4C 4D 5B 6 7

Viscosidad (cSt): ASTM

40ºC: D-445 5,7 33,5 31,3 48,2 15,2 15,5 5,6 72 65,4 67,8 54,7

100ºC: 1,7 4,4 4,5 3,6 3,6 1,9 9,8 8,2 8,4 6,1

Índice de viscosidad: ASTM D-2270 25 8 121 115 167 120 91 91 25

Punto de fluidez (ºC): ASTM -40 -55 <-60 -39 -35 -38

E02701433

04-02-2015

D-97

Punto de inflamación COC (ºC): ASTM D-92 170 228 184 270 274 194

Densidad a 20ºC (g/ml): ASTM D-1298 0,87 1,02 0,93 0,98 0,93

Índice de acidez (mg de KOH/g): ASTM D-974 0,02 0,02 0,01 0,02 0,01 0,02 0,01 0,01

Contenido en agua (ppm): ASTM D-1064 <40 <40 <40 <40

Color (ASTM): ASTM D-1209 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5 <0,5

Miscibilidad a baja temperatura (ºC) el 10% de lubricante en R-12 el 10% de lubricante en R-22 el 10% de lubricante en R-134a el 10% de lubricante en R-404A el 10% de lubricante en R-407C: interno*1 <-73 -72 IM*2 IM*2 IM*2 -56 -30 -50 -15

Marca de desgaste con 4 bolas (mm) 40 kg, 1 h: ASTM D-2783 1,67 1,02 0,99

Carga hasta la rotura (lb) de Falex: ASTM D-3233 1500 1800

Falex (dientes de desgaste) 5 horas, 400 lb, acero/acero en R134a: ASTM D-1209 127

Tabla 3 (continuación)

Propiedad: Método de prueba Nº de muestra

9: 10 11 12 13A 13B 13C 13D

Viscosidad (cSt) 40ºC 100ºC: ASTM D-445 14,5 2,9 27,4 4,3 15,4 3,2 15,5 3,24 14,2 14,3 14,6 3,1 14,1 3,1

Índice de viscosidad: ASTM D-2270 11 16 55 55 50 53

Punto de fluidez (ºC): ASTM D-97 -42 <-50 -55 -57 <-50 <-50

Punto de inflamación COC (ºC): ASTM D-92 164 192 179 195 190

Densidad a 20ºC (g/ml): ASTM D-1298 0,88 0,89 0,89 0,89 0,89

Índice de acidez (mg de KOH/g): ASTM D-974 0,02 0,01 0,02 0,03 0,02

Contenido en agua (ppm): ASTM D-1064 <40 <40 <40 <40 <40 <40 <40 <40

Color (ASTM): ASTM D-1209 <0,5 1-1,5 1-1,5 1-1,5 1-1,5

Miscibilidad a baja temperatura (ºC) el 10% de lubricante en R-12 el 10% de lubricante en R-22 el 10% de lubricante en R134a el 10% de lubricante en R: interno*1 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2 IM*2

E02701433

04-02-2015

404A el 10% de lubricante en R407C

Marca de desgaste con 4 bolas (mm) 40 kg, 1 h: ASTM D-2783 0,64 0,72 0,65

Carga hasta la rotura (lb) de Falex: ASTM D-3233 1900

Falex (dientes de desgaste) 5 horas, 400 lb, acero/acero en R-134a: ASTM D-1209 17

Ejemplo 3

Pueden observarse tres tipos de comportamiento de miscibilidad, concretamente: 5 a) miscible a la temperatura más baja en el sistema;

b) no miscible en algunos puntos pero todavía soluble en todos los puntos en el sistema (parcialmente miscible); y

10 c) no miscible y no soluble en todos los puntos.

Se midió que la muestra 13D era inmiscible a concentraciones de al menos el 5% con refrigerantes de HFC a todas las temperaturas por debajo de temperatura ambiente (21ºC). Esto no afectará significativamente al rendimiento siempre que o bien la composición lubricante sea miscible a concentraciones de alrededor del 2% (representativo de

15 la concentración de composición lubricante que circula en un sistema de refrigeración) o bien haya suficiente solubilidad para permitir el retorno de aceite al compresor.

Ejemplo 4

20 Se midieron datos de compatibilidad de materiales según el método de tubo sellado de la norma ASHRAE 97. Se colocaron las composiciones lubricantes de prueba en autoclaves con muestras de poli(tereftalato de etileno) (PET, usado comúnmente como material aislante en motores eléctricos), poli(tereftalato de butilo) (PBT, encontrado normalmente en compresores), acero, aluminio y cobre. Entonces se sellaron los autoclaves y se evacuaron para permitir la adición de refrigerante R-134a. La proporción de refrigerante con respecto a la composición lubricante es

25 de 50:50. Las condiciones de prueba fueron de 14 días a 130ºC y 2,86 MPa (400 psig) de presión.

En la tabla 7 se muestra el análisis de la composición lubricante antes y después de las pruebas.

Puede observarse que hay muy pocos cambios en el estado de las composiciones lubricantes en estas condiciones, 30 con la excepción de la marcada reducción en la viscosidad de la muestra 17. No hubo ningún cambio significativo en el estado de los materiales de prueba durante esta prueba.

Tabla 7

N.º de muestra: Viscosidad (cPs) Índice de acidez (mg de KOH/g) Color (ASTM)

Antes: Después Antes Después Antes Después

13D: 12,4 12,6 0,02 0,01 1-1,5 1-1,5

16: 50,9 51,9 0,01 0,01 <0,5 <0,5

17: 65,2 56,2 0,01 0,01 <0,5 <0,5

18: 65,2 62,4 0,01 0,01 <0,5 <0,5

35 Ejemplo 5

Se midieron datos de estabilidad térmica según el método de tubo sellado de la norma ASHRAE 97. Se colocaron las composiciones lubricantes de prueba en autoclaves, que se sellaron y evacuaron para permitir la adición de refrigerante R-134a. La proporción de refrigerante con respecto a la composición lubricante es de 50:50. Las

40 condiciones de prueba fueron de 14 días a 175ºC y 4,24 MPa (600 psig) de presión.

En la tabla 8 se muestra el análisis de las composiciones lubricantes antes y después de las pruebas.

Tabla 8

imagen2

E02701433

04-02-2015

Antes: Después Antes Después Antes Después

13D: 12,4 13,0 0,02 0,02 1-1,5 1-1,5

16: 50,9 48,1 0,01 0,01 <0,5 <0,5

17: 65,2 65,0 0,01 0,01 <0,5 <0,5

18: 65,2 58,7 0,01 0,01 <0,5 <0,5

De nuevo, puede observarse que hay muy pocos cambios en el estado de las composiciones lubricantes durante esta prueba, aparte de una marcada reducción en la viscosidad de la muestra 18. Esto puede deberse al deterioro de la composición lubricante de la muestra 18 en las condiciones de temperatura más alta de esta prueba en

5 comparación con la prueba de compatibilidad de materiales en el ejemplo 4.

Ejemplo 6

En una prueba alternativa, se calentaron muestras de las composiciones lubricantes en un recipiente de vidrio a

10 120ºC durante 7 días bajo una corriente de nitrógeno seco. Se midió el estado de las composiciones lubricantes antes y después de la prueba. Los resultados se facilitan en la tabla 9.

El único resultado significativo de esta prueba es el aumento en el índice de acidez observado con las muestras 17 y

18. Las muestras 13 y 16 muestran propiedades físicas prácticamente invariables con respecto a las composiciones 15 lubricantes vírgenes.

Tabla 9

Análisis antes de las pruebas

N.º de muestra: Humedad (ppm) Viscosidad a 40ºC (cSt) Índice de acidez (mg de KOH/g) Color (Hazen)

13D: 17 14,0 0,017 346

16: 0 55,1 0,006 86

17: 3 66,5 0,003 44

18: 24 69,3 0,011 13

Análisis después de las pruebas

13D: 38 14,0 0,009 394

16: 20 55,1 0,006 127

17: 20 66,3 0,008 57

18: 61 69,6 0,025 73

Ejemplo 7

20 La higroscopicidad (la captación de humedad de la atmósfera) es importante ya que las composiciones lubricantes se manipularán al aire durante periodos de tiempo cortos y por tanto tienen la capacidad para aumentar el contenido en humedad por encima de los niveles a los que se suministran comúnmente. Muchos fabricantes de sistemas de aire acondicionado prefieren omitir el secador en línea, que actúa como “seguro” contra la entrada de humedad,

25 debido a consideraciones de coste. La presencia de niveles por encima de 100 ppm en un sistema de refrigeración o aire acondicionado se considera perjudicial para la fiabilidad debido a posibles interacciones con el aislamiento de devanado de cable del motor de PET que conduce a la degradación y al fallo del motor. Por tanto, cuanta menos humedad de la atmósfera absorba una composición lubricante, menos probable será que se alcance un nivel de humedad en el sistema que pueda conducir a estos posibles fallos.

30 Para medir la higroscopicidad de los lubricantes, se usó la siguiente técnica. Se secaron las muestras usando un rociador de nitrógeno seco y se registró la humedad inicial. Se llenó la composición lubricante seca en una botella de cuello ancho de 100 ml, que se colocó en un desecador que contenía una disolución saturada de cloruro de sodio. Se selló el desecador y se dejó a temperatura ambiente (21ºC). Se tomaron lecturas de la humedad en las muestras

35 de composición lubricante cada 30 minutos durante las primeras 3 horas y luego cada hora hasta que pasaron 6 horas.

Cada resultado de la humedad es un promedio de tres lecturas. Los resultados se muestran en la tabla 10.

E02701433

04-02-2015

Se han representado gráficamente los resultados de esta prueba y se muestran en la figura 2.

Ejemplo 8

5 Se evaluaron composiciones lubricantes cargando compresores giratorios de pala fija RK5515 de Tecumseh Europe con la muestra relevante y gas refrigerante apropiado conectado en línea con otros componentes de un sistema de refrigeración.

Las condiciones de prueba se muestran en la tabla 11.

10 Los compresores se hacen funcionar en estas condiciones durante 2000 horas y entonces se desmontan para el análisis del desgaste en los componentes metálicos.

Tabla 10

Tiempo (min): Contenido en humedad (ppm)

Muestra 13D: Muestra 16 Muestra 17 Muestra 18

0
0
0
0
0

30: 6 0 0 21

60: 32 0 8 105

90: 36 0 6 55

120: 45 0 24 89

150: 47 0 22 148

180: 38 0 33 173

240: 57 0 70 252

300: 53 0 52 291

360: 54 0 79 349

Tabla 11

Refrigerante: Presión de succión MPa (psig) Presión de descarga MPa (psig) Temperatura de devanado del motor (ºC)

R-22: 0,74 (93) 2,96 (415) 130

R-407C: 0,69 (86) 3,34 (470) 130

Se determina la evaluación de la clasificación del desgaste de la prueba del compresor usando los siguientes criterios para puntuar los componentes del compresor tras la prueba y desmantelando el compresor para su

20 examen.

Clasificación Descripción

0 Sin cambios, sin marcas ni signos visibles de desgaste

1 Desgaste escaso, evidencia de pulimiento ligero sobre un área pequeña

2 Desgaste moderado, pulimiento o arañado ligero. El tratamiento de superficie puede erosionarse en un área localizada

3 Desgaste marcado, la superficie puede erosionarse en un área. Puede observarse desgaste como un arañado ligero. Se notará como rugosidad ligera si se pasa una punta a través de la superficie.

4 Desgaste alto, la superficie mostrará arañazos claros en la zona de desgaste. El desgaste será evidente y al pasar una punta a través se notará rugoso, posiblemente con escalones.

5 Desgaste muy alto, desgaste extenso en el área sometida a carga. Se notará un escalón de desgaste entre la superficie y el metal virgen. Se incluyen fractura y gripado

Resultados de la prueba de compresor

25 Se obtiene una cifra de desgaste total analizando el desgaste en 15 puntos separados. Sin embargo, las cifras de desgaste en la superficie exterior del elemento 20 de compresión y la punta 24 de la pala tal como se muestran en la figura 1 son las cifras cruciales a tener en cuenta en la determinación de si el desgaste que tiene lugar en el

E02701433

04-02-2015

compresor se considera aceptable o no. En cuanto a la evaluación de la clasificación de desgaste de la prueba del compresor, un promedio de 3 en esas dos ubicaciones se considera que está en el límite de aceptabilidad. Los resultados se muestran en la tabla 12. Tabla 12

N.º de muestra: Refrigerante Puntuaciones de desgaste

Punta 24 de pala: E. 20 de comp. Total

9: R-407C 3 3 17,5

10: R-407C 2,5 4,5 31

11: R-407C 2,5 2,5 24

12: R-407C 1 2 14

14B: R-407C 5 5 37

15B: R-407C 2 3 28

16: R-22 3,5 4,5 40

Tal como puede observarse a partir de estos resultados, las composiciones lubricantes según la invención minimizan el desgaste sobre los componentes del compresor.

10 Ejemplo 9

Se evaluaron las composiciones lubricantes 13D y 18 cargando compresores giratorios de pala fija RK5515 de Tecumseh Europe con la muestra relevante y gas refrigerante R407C conectados en línea con otros componentes

15 de un sistema de refrigeración.

Las condiciones de prueba se muestran en la tabla 13. Para la prueba de encendido/apagado, se usó un interruptor automático para encender el compresor durante 15 segundos y después apagarlo durante 15 segundos.

20 Se hacen funcionar los compresores en esas condiciones durante los ciclos/tiempos indicados y después se desmontan para el análisis del degaste sobre los componentes metálicos. Los resultados del análisis se muestran en la tabla 14.

Tabla 13

Prueba: Tipo de prueba Presión de succión MPa (psig) Presión de descarga MPa (psig) Temperatura de devanado del motor (ºC)

1: 125000 ciclos de encendido/apagado 0,76 (96) 3,95 (556) 100±5

2: 500 horas 0,76 (96) 3,95 (556) 88±3

3: 500 horas 0,19 (13) 2,31 (320) 88±3

Tabla 14

N.º de prueba: N.º de muestra Puntuaciones de desgaste

Punta 24 de pala: E. 20 de comp.

1: 13D 0,5 0,5

2: 13D 0,5 0,5

3: 13D 0,5 0,5

1: 18
1
1

2: 18 1 1

3: 18 1,5 2

Las pruebas simularon una variedad de condiciones de funcionamiento, concretamente ciclos de encendido y apagado (prueba 1) y diferentes temperaturas de funcionamiento del circuito de refrigeración (prueba 2, temperatura 30 alta; prueba 3, temperatura baja). Tal como puede observarse a partir de la tabla 14, la composición lubricante 13D según la invención tuvo un rendimiento significativamente mejor que la composición comparativa 18.

E02701433

04-02-2015

Ejemplo 10

Se repitió el ejemplo 9 usando compresores PRC PH225X2C de Guangdong Meizhi Compressor Co, y muestras 13A y 19 en las condiciones de funcionamiento mostradas en la tabla 15. Los resultados se muestran en la tabla 16 a partir de la cuales puede observarse que la composición lubricante 13A según la invención tuvo un rendimiento significativamente mejor que la composición comparativa 19.

Tabla 15

Tipo de prueba: Presión de succión MPa (psig) Presión de descarga MPa (psig) Temperatura de devanado del motor (ºC)

500 horas: 0,76 (96) 3,95 (556) 85

Tabla 16

N.º de muestra: Puntuaciones de desgaste

Punta 24 de pala: E. 20 de comp.

13A: 0,5 0,5

19: 1 1

Ejemplo 11

15 La tensión de arranque requerida para arrancar el motor que acciona un compresor se minimiza preferiblemente a lo largo del intervalo de funcionamiento a temperatura de la caja normal (normalmente en el intervalo de 40ºC a 60ºC) para minimizar el consumo de energía y para reducir la fatiga eléctrica en el motor mejorando de ese modo la fiabilidad. Se determinó la tensión de arranque a diversas temperaturas de la caja usando muestras de composiciones lubricantes en combinación con diferentes gases refrigerantes aumentando la tensión suministrada a

20 los motores hasta que el motor empezó a girar. Se midió la tensión de arranque dos veces para cada combinación. Los resultados se muestran en la tabla 17 y en las figuras 3 y 4.

Tabla 17

Refrigerante: Temperatura de devanado del motor (ºC) Muestra/Tensión de arranque (V)

13B: 18 19 15A

R-407C: 30 128 125 130 133

R-407C: 40 133 140 140 136

R-407C: 50 137 157 150 142

R-407C: 60 143 163 160 151

R-404: 30 133 132 134

R-404: 40 134 134 136

R-404: 50 135 136 138

R-404: 60 136 138 140

25 Tal como puede observarse a partir de la tabla 17 y las figuras 3 (que representa gráficamente los resultados del refrigerante R-407C) y 4 (que representa gráficamente los resultados del refrigerante R-404), la muestra 13B según la invención da como resultado tensiones de arranque más bajas requeridas por los motores de compresor que las muestras comparativas a lo largo del intervalo de funcionamiento a temperatura de la caja normal.

30 Ejemplo 12

En un sistema de refrigeración, no es posible eliminar el arrastre de la composición lubricante desde el compresor a otras partes del circuito. Por consiguiente, es importante que la composición lubricante se transporte eficazmente a través del circuito de refrigeración de vuelta al compresor. Para someter a prueba la capacidad de transporte de las 35 composiciones lubricantes, se pesaron con precisión aproximadamente 10 g de composición lubricante y entonces se vertieron en un extremo de un tubo de cobre bobinado dispuesto horizontalmente (diámetro interno del tubo, 6,3 mm, diámetro interno de la bobina, 93 mm; y longitud del tubo, 2,5 m). Entonces se insufló gas refrigerante R

E02701433

04-02-2015

134a a través del tubo desde el extremo en el que se introdujo la composición lubricante a una velocidad de 18 litros/minuto durante 15 minutos. Se recogió la composición lubricante transportada a través del tubo por el flujo de gas refrigerante en el extremo de salida del tubo. Se calentó con cuidado la composición lubricante recogida para eliminar cualquier gas refrigerante disuelto y se permitió que se enfriara hasta temperatura ambiental antes de pesar con precisión la cantidad de composición lubricante recogida. Se realizaron varias series para cada composición lubricante y los resultados se muestran en la tabal 18.

Tabla 18

N.º de muestra: % de lubricante transportado

15A: 47/38/46

14A: 75/70

13C: 68/70

20: 45/46/46

10 Tal como puede observarse a partir de la tabla 18, la prueba se correlaciona razonablemente con la realidad ya que el aceite mineral (muestra 20) y alquilbenceno (muestra 15A) se transportan escasamente a través de un sistema de refrigeración cuando el refrigerante es un HFC y ésteres de poliol (muestra 4) se transportan bien a través de un sistema de refrigeración cuando el refrigerante es un HFC. Las composiciones lubricantes según la invención (muestra 13C) se comparan favorablemente con ésteres de poliol (muestra 14A).

Claims

E02701433

04-02-2015

REIVINDICACIONES

1. Composición lubricante para su uso en un compresor de pala giratorio tiene un componente de aceite de base que comprende al menos el 55% en peso de un alquilbenceno como componente mayoritario del mismo y entre el

5 45% y el 25% en peso de un éster de poliol como componente minoritario del mismo, en la que el componente alquilbenceno tiene una distribución molecular en la que al menos el 50% de la fracción de peso molecular es mayor de 350.
2.

Composición lubricante según la reivindicación 1, en la que el componente de aceite de base comprende entre el 55% y el 75% en peso de alquilbenceno y entre el 45% y el 25% en peso de éster de poliol y, especialmente, entre el 60% y el 75% en peso de alquilbenceno y entre el 40% y el 25% en peso de éster de poliol.
3.

Composición lubricante según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el componente de aceite de base

consiste esencialmente en alquilbenceno y éster de poliol. 15
4.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente alquilbenceno se selecciona del grupo que consiste en mono-alquilbencenos, di-alquilbencenos, di-fenilalcanos y mezclas de los mismos.
5.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente alquilbenceno tiene una distribución molecular en el que al menos el 80%, y más especialmente, el 100% de la fracción de peso molecular es mayor de 200; y, más particularmente, al menos el 75% de la fracción de peso molecular es mayor de 300.

25 6. Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente alquilbenceno tiene una distribución molecular en el que al menos el 70% de la fracción de peso molecular está por debajo de 500, más especialmente al menos el 50% de la fracción de peso molecular está por debajo de 450.
7.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente alquilbenceno tiene una viscosidad cinemática de al menos 10 cSt, y más preferiblemente de al menos 25 cSt, pero de no más de 70 cSt a 40ºC y una viscosidad cinemática de al menos 2 cSt, y más preferiblemente de al menos 3,5 cSt, pero de no más de 10 cSt a 100ºC.
8.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente

35 alquilbenceno tiene un punto de fluidez de menos de -10ºC más preferiblemente de menos de -20ºC y particularmente de menos de -30ºC.
9.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente alquilbenceno tiene un índice de acidez de menos de 0,04 mg de KOH/g.
10.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente éster de poliol comprende al menos un éster de poliol que es un producto de reacción de un alcohol polihidroxilado y un ácido carboxílico monobásico.

45 11. Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente éster de poliol es al menos un éster de poliol que es un producto de reacción de uno o más alcoholes seleccionados de neopentilglicol (NPG), trimetilolpropano (TMP) y pentaeritritol (PE) y dímeros y trímeros de los mismos y uno o más ácidos seleccionados de ácidos de C5 a C18, particularmente ácidos de C5 a C13 y más particularmente ácidos de C5 a C9 lineales y/o ramificados.
12. Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente éster de poliol tiene una viscosidad cinemática de al menos 5 cSt pero de no más de 40 cSt y más preferiblemente de menos de 25 cSt a 40ºC y una viscosidad cinemática de al menos 1,5 cSt pero de no más de 5 cSt y más preferiblemente de menos de 4 cSt a 100ºC.

55
13.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente éster de poliol tiene un punto de fluidez de menos de -40ºC más preferiblemente de menos de -50ºC y particularmente de menos de -55ºC.
14.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el componente éster de poliol tiene un índice de acidez de menos de 0,04 mg de KOH/g.
15.

Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una viscosidad cinemática de al menos 5 cSt pero de no más de 40 cSt y más preferiblemente de menos de 25 cSt a 40ºC y una

65 viscosidad cinemática de al menos 2 cSt pero de no más de 6 cSt y más preferiblemente de menos de 5 cSt a 100ºC.

15

E02701433

04-02-2015
16. Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un punto de fluidez de no más de -40ºC, preferiblemente de no más de -45ºC y especialmente de no más de -50ºC.

5 17. Composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más aditivos de lubricante seleccionados de antioxidantes, aditivos antidesgaste, agentes para presión extrema, eliminadores de ácido, agentes espumantes, agentes anti-espumantes, estabilizadores, tensioactivos, mejoradores del índice de viscosidad, inhibidores de la corrosión, pasivantes o desactivadores de metal, mejoradores de la lubricidad o agentes de untuosidad y modificadores de la fricción a niveles de entre el 0,0001 y el 20% en peso, más

10 preferiblemente entre el 0,01 y el 10% en peso, más especialmente entre el 0,01 y el 5% en peso basándose en el peso del componente de aceite de base.
18. Uso en un compresor de pala giratorio de una composición lubricante según una cualquiera de las

reivindicaciones anteriores. 15
19. Método de lubricación de un compresor de pala giratorio que comprende usar una composición lubricante según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.
20. En la reivindicación 18 o la reivindicación 19, el compresor de pala giratorio comprende un compresor de pala 20 fija.

16