Investigadores del departamento de Ingeniería Química, Química Física y Ciencia de los Materiales de la Universidad de Huelva han desarrollado un lubricante ecológico a partir del quitosano, un compuesto natural derivado de las cáscaras de crustáceos, como las gambas o los cangrejos. La nueva grasa mejora propiedades como la consistencia y la resistencia térmica respecto a los productos tradicionales por lo que su elaboración, indican los expertos, es un paso más para el diseño de otras fórmulas respetuosas con el medio ambiente.
Los componentes principales de un lubricante son el aceite y el agente espesante. En las grasas convencionales, el aceite es de origen mineral o sintético, mientras que el espesante está formado por jabones metálicos de litio, calcio, sodio o aluminio. “Estos productos comerciales, a pesar de su alta efectividad, tienen efectos negativos sobre los ecosistemas. Por ejemplo, la inhibición del crecimiento de los árboles, la toxicidad para la vida acuática o la contaminación de suelo y agua a muy largo plazo. Por eso, la industria ha decidido apostar por nuevas fórmulas verdes”, explica a la Fundación Descubre la autora principal de este proyecto, Concepción Valencia, de la Universidad de Huelva.
En este sentido, la novedad introducida por los investigadores onubenses se basa en la sustitución de los jabones metálicos por un material biodegradable, el quitosano. Se trata de un compuesto derivado de la quitina, la sustancia principal que forma los caparazones de insectos, arácnidos y crustáceos. “Un lubricante biodegradable debe incluir un agente espesante obtenido a partir de recursos renovables. Por ejemplo, el quitosano. De hecho, sus dos grandes ventajas son su origen natural y su abundancia en la naturaleza”, asegura la experta.
Para completar la formulación, el quitosano, previamente sometido a una reacción química, se añade a un aceite vegetal de ricino, un ingrediente más compatible con los elementos metálicos que los aceites tradicionales y con el que se consigue una mejor lubricación, según indican los científicos.
A prueba de calor
Los investigadores sometieron el lubricante a diversas pruebas para demostrar su eficacia. Sus resultados se compararon con dos grasas comerciales elaboradas con jabones metálicos de litio y calcio, tal y como se explica en el artículo ‘Rheological and tribological characterization of a new acylated chitosan–based biodegradable lubricating grease: A comparative study with traditional lithium and calcium greases’, publicado en la revista Tribology Transactions.
En primer lugar, los expertos realizaron un análisis termogravimétrico para comprobar las variaciones que sufre la grasa cuando se le aplican determinadas temperaturas. “Con esta prueba, medimos la estabilidad térmica del material, es decir, la pérdida de la masa con la temperatura”, explica Concepción Valencia.
Según la investigadora, la nueva formulación mostró un comportamiento térmico adecuado, mejorando incluso la resistencia térmica de los productos comerciales de litio y calcio. “La temperatura crítica de estos lubricantes se sitúa ligeramente por encima de los 200ºC, mientras que nuestra grasa resiste bien hasta los 300ºC”, argumenta la experta.
Resistente al trabajo mecánico
También se estudiaron las propiedades reológicas, que son aquéllas que afectan a la deformación del material sometido a temperatura. Para ello se evaluaron dos componentes: la viscosidad y la viscoelasticidad de los lubricantes. “En este aspecto, la grasa biodegradable se comporta de manera muy similar a la espesada con litio ya que, en ambos casos, el material apenas se ve afectado hasta los 125ºC”, explica la investigadora.
Además, los expertos evaluaron la estabilidad mecánica, es decir, la aparición de cambios en la consistencia del lubricante a causa de vibraciones o del trabajo mecánico, en general. “Cuando elegimos una grasa para una aplicación concreta, por ejemplo, el engranaje de un motor, es importante que ésta ni se ablande ni se endurezca de forma brusca durante el tiempo de la operación. De lo contrario, se producirían fallos en el funcionamiento de la maquinaria”, indica la investigadora.
Las pruebas realizadas confirmaron que el comportamiento mecánico de la formulación biodegradable es mejor que el de las grasas de calcio y muy parecido a las de litio.
Por último, se determinó el coeficiente de fricción, que se puede relacionar con el ahorro energético que produce una buena lubricación y depende de factores como la velocidad y la temperatura. “El resultado fue muy parecido al de los lubricantes tradicionales, sobre todo cuando se trabaja a alta velocidad. Por lo tanto, si tenemos en cuenta todas las características, se puede concluir que esta grasa ecológica puede ser una alternativa a las fórmulas convencionales”, asevera la investigadora de este proyecto, financiado por la Consejería de Economía y Conocimiento de la Junta de Andalucía.
Entre los próximos objetivos de los investigadores destaca el estudio de nuevos espesantes sostenibles con el medio ambiente, en especial, los derivados de la celulosa.
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