Historia Breve de los Dispersantes y Necesidades Futuras

Los dispersantes mantienen los materiales insolubles y el hollín suspendidos en el aceite para que puedan eliminarse en el siguiente cambio de aceite. Evitan que los materiales de desecho se aglomeren, provocando depósitos alrededor del motor y reduciendo la eficiencia operativa.  

En los motores de gasolina, la formación de lodos a baja velocidad, baja temperatura y condiciones de parada y arranque pueden ser un problema. Los materiales polares insolubles en aceite y los contaminantes se acumulan en el aceite. Si no se controlan, provocan lodo y barniz en las zonas más frías del motor, creando problemas operativos. 

Los dispersantes controlan el aumento de la viscosidad causado por la formación de hollín, principalmente en motores HDD pero también en algunos motores de gasolina de inyección directa. El hollín se crea durante el proceso de combustión y llega al aceite a granel, lo que hace que el aceite se espese. 

Los motores de gas natural pueden ser muy sensibles a los niveles de cenizas del lubricante. Vienen en muchos diseños y funcionan con una amplia variedad de fuentes de combustible. Los lubricantes con muy poca o ninguna ceniza dependen de dispersantes sin cenizas para proporcionar el máximo control de insolubles y depósitos. 

Los fluidos de transmisión automática suelen contener cierto nivel de dispersancia. Ricardo Bloch, un ingeniero químico industrial jubilado radicado en los Estados Unidos, dijo a Lubes'n'Greases que la función del dispersante es "mantener los embragues libres de residuos dispersando los subproductos de la oxidación. Si los embragues están obstruidos o vidriados, la transmisión no cambiará a tiempo. Estos factores hacen que estos dispersantes sean diferentes de los dispersantes del cárter". 

Química dispersante

Los dispersantes convencionales son materiales orgánicos que consisten en una cola polimérica soluble en aceite, generalmente poliisobutileno, y un grupo polar unido. El grupo polar consta de un grupo puente, normalmente anhídrido maleico, y un grupo funcional normalmente basado en nitrógeno. 

El tipo de dispersante convencional más común utiliza PIB como grupo soluble en aceite. El peso molecular es una variable clave para las propiedades de dispersancia. "PIB se fabrica mediante oligomerización de isobutileno y está disponible en una variedad de pesos moleculares que van desde unos pocos cientos hasta decenas de miles", dijo Bloch.

"El grupo polimérico tiene que ser soluble en aceite y el grupo polar tiene que adherirse al material de desecho del aceite para que permanezca en la solución de aceite", añadió. "Si el grupo del polímero alquilo es demasiado pequeño, el dispersante no es capaz de mantener disperso el material insoluble". 

Para convertir el PIB en dispersante, se injerta con anhídrido maleico (puente) para formar anhídrido poliisobutileno succínico. La reacción con anhídrido maleico puede ser “térmica”, utilizando PIB altamente reactivo (HR-PIB) o facilitada con cloro gaseoso. Se puede añadir más de un anhídrido maleico a una molécula de PIB para maximizar la funcionalidad por molécula.

Luego, PIBSA reacciona con una amina para darle funcionalidad. El tipo y el nivel de nitrógeno de la amina es otra variable y en muchos dispersantes se trata de una poliamina. Se pueden realizar otras modificaciones, como agregar boro, para modificar las propiedades.

En algunas formulaciones de aceite de motor se utilizan modificadores de viscosidad dispersantes. No utilizan un polímero PIB, sino un polímero estándar, como el copolímero de olefina, que reacciona con anhídrido maleico para volverse funcional. Estos tienen longitudes de cadena mucho más largas que los dispersantes convencionales.

Los polimetacrilatos dispersantes utilizan un monómero de metacrilato de alquilo para crear un grupo polimérico soluble en aceite. El grupo ácido carboxílico del monómero se utiliza como puente para añadir los grupos funcionales que contienen nitrógeno. El grupo puente y la funcionalidad están unidos regularmente a lo largo de la cadena polimérica.

Las propiedades del dispersante PMA se pueden variar mediante la elección del monómero a base de metacrilato, el peso molecular del polímero así como el tipo y nivel de nitrógeno del grupo amina funcional. Combinan el proceso de mejorar las características de viscosidad del fluido con el control de la dispersancia. La tecnología PMA VM se utiliza en fluidos de transmisión debido a sus muy buenas propiedades de fluidez a baja temperatura en comparación con otros tipos de VM. Los PMA se pueden combinar con el resto del paquete de aditivos en un único paquete de rendimiento de transmisión estable.

Una breve historia de los dispersantes

Los dispersantes comenzaron a utilizarse ampliamente en la década de 1950, además de las tecnologías más antiguas de dialquilditiofosfatos de zinc y detergentes metálicos para lubricantes del cárter. "Cuando los automóviles recorrían distancias cortas, se formaba lodo, lo que mejoró mediante el uso de dispersantes PIBSA/PAM de bajo peso molecular", dijo Bloch.

El uso de dispersantes aumentó entre 1970 y 2000, particularmente en respuesta a la introducción de la prueba de motores de automóviles de pasajeros Sequence V para detectar lodos y barnices a baja temperatura. La tecnología dispersante predominante se basaba en PIB, que se cloraba para añadirle anhídrido maleico y luego reaccionaba con aminas. "Los PMA dispersantes se introdujeron en la década de 1960, seguidos por los OCP dispersantes a finales de la década de 1970". dijo Bloch. "Estos materiales eran buenos para manejar lodos y barnices a baja temperatura".

Desde el año 2000, ha habido un mayor énfasis en el manejo del hollín a medida que los motores diésel han adquirido una mayor participación de mercado en las ventas de automóviles de pasajeros a nivel mundial y los motores HDD han creado mayores cargas de hollín. "A finales de la década de 1990, el hollín en el diésel era consecuencia de que los fabricantes de equipos originales intentaban controlar las emisiones de NOX", dijo a Lubes'n'Greases Rolfe Hartley, de Sangemon Consulting, con sede en Estados Unidos. "La sincronización retardada del motor redujo las temperaturas máximas de combustión, lo que resultó en una combustión incompleta y hollín".

Añadió: "La recirculación de gases de escape enfriados (EGR) también se utilizó para reducir los NOX; sin embargo, esto resultó en la introducción de un condensado altamente ácido en el aceite, empeorando el espesamiento del hollín". 

Se desarrolló una tecnología de dispersantes de mayor peso molecular que demostró una mejor capacidad de manipulación del hollín. Los formuladores equilibraron los componentes dispersantes para cubrir lodos y barnices a baja temperatura y el manejo de hollín a temperaturas más altas, lo que resultó en mayores tasas de tratamiento de dispersantes y mezclas de dispersantes. 

Los dispersantes se han utilizado durante algún tiempo en aceites para cilindros marinos de 2 tiempos, aunque históricamente la detergencia ha sido más importante. 

El uso de dispersantes VM disminuyó en los aceites de motor a medida que la volatilidad del aceite base mejoró con la introducción de aceites base API Grupo II y Grupo III y mejoras a los dispersantes convencionales. Los protocolos de prueba de motores para el dispersante VM son complejos porque el nivel de dispersancia de la formulación varía según la tasa de tratamiento del VM para cada grado de viscosidad. La dispersancia constante requiere un nivel fijo de VM dispersante y la adición de un segundo VM no dispersante para lograr un grado de viscosidad objetivo.

Una mayor conciencia ambiental sobre el contenido de cloro residual en los lubricantes llevó a la introducción de límites de cloro en algunas especificaciones de lubricantes OEM. "A los fabricantes de equipos originales de automóviles les preocupaba que los compuestos clorados en el lubricante pudieran dar lugar a dioxinas en los gases de escape", dijo a Lubes'n'Greases el consultor Trevor Gauntlett, con sede en el Reino Unido. "Las dioxinas son muy estables; muchas son persistentes, bioacumulativas y tóxicas, e incluso son potentes carcinógenos". 

Se necesitaban dispersantes basados en HR-PIB para cumplir con estos límites de cloro, y también mostraron beneficios en el rendimiento de los lubricantes de motor premium. En consecuencia, HR-PIB ha experimentado un crecimiento significativo en la demanda, reemplazando al PIB clorado como dispersante.  

Requisitos futuros de dispersión

Los impulsores actuales de los nuevos lubricantes para el cárter incluyen la reducción de emisiones y la mejora del ahorro de combustible. Los dispersantes no tienen un impacto significativo en los equipos de control de emisiones, como los catalizadores de escape y los filtros de partículas, y no contribuyen a las limitaciones químicas de las cenizas sulfatadas, el azufre y el fósforo. Por lo tanto, son componentes beneficiosos en formulaciones con restricciones de emisiones. El impulso hacia aceites de menor viscosidad para mejorar la economía de combustible es un desafío para los dispersantes, ya que contribuyen significativamente al espesamiento de la viscosidad a baja temperatura. Los investigadores buscan mantener los beneficios del control de lodos, barnices y hollín y al mismo tiempo reducir la contribución polimérica al espesamiento de la viscosidad. 

"No se prevé la necesidad de una mayor dispersión a baja o alta temperatura para las nuevas especificaciones de automóviles de pasajeros emergentes en América del Norte, dado el alto nivel de protección actual", dijo a Lubes'n'Greases Steve Haffner de SGH Consulting, con sede en Estados Unidos. El uso de motores diésel para turismos está disminuyendo significativamente; Los diésel representaron solo el 17% de las ventas de coches nuevos en la UE en 2021. 

"Los niveles de hollín en el aceite se reducen mucho gracias a los dispositivos de postratamiento de gases de escape", dijo Hartley. "Los niveles más bajos de hollín en el aceite significan que no es necesario un control adicional del hollín". 

Un área de atención creciente son los motores híbridos, que tienen tanto un motor de combustión interna como un motor eléctrico. El tiempo de funcionamiento reducido del motor o el funcionamiento a baja temperatura en los híbridos pueden crear problemas de condensación y lodos, lo que brinda oportunidades para un mejor control de la dispersión. 

Para HDD, Haffner dijo que “se espera que el nivel de protección actual sea igual o mejor que el que los OEM necesitan en sus nuevos motores, por lo que los dispersantes existentes o las versiones más optimizadas serán suficientes”. 

Hartley estuvo de acuerdo. "Las emisiones de NOX ahora se controlan mediante una reducción catalítica selectiva mediante urea, lo que elimina la necesidad de retardar la sincronización o utilizar EGR en los diseños de motores más avanzados", dijo. "Estos motores producen menos hollín en el petróleo, lo que requiere menos dispersión". 

Hartley añadió: "La razón principal por la que las tasas de tratamiento con dispersantes en HDD siguen siendo altas es que deben ser compatibles con diseños de motores anteriores".

La demanda de HR-PIB continúa creciendo con la disminución significativa en el uso de dispersantes clorados. Gauntlett comentó: "Para los fabricantes, existe el problema de que el cloro en sí es un gas tóxico altamente reactivo, que puede causar irritación de la piel, los ojos y las vías respiratorias en concentraciones bastante bajas. Como reacciona con el hierro y algunos polímeros, requiere equipo especializado para el transporte, el almacenamiento y la fabricación".

El dispersante VM para cárter reduce la cantidad de dispersante convencional en la formulación para mejorar la eficiencia del combustible. Sin embargo, los grados de muy baja viscosidad requieren poco o ningún VM, por lo que la dispersancia que se puede lograr es baja. La resistencia de los clientes a las máquinas virtuales dispersantes persiste. Los productos tienden a ser únicos, por lo que la seguridad del suministro es una preocupación junto con el stock adicional de VM en las plantas de mezcla.

Para los aceites de motores marinos, el cambio hacia combustibles con bajo contenido de azufre, el mayor uso de grados destilados y nuevos diseños de motores significa que el uso de dispersantes eficaces está ganando importancia. Esto debe equilibrarse con la necesidad continua de detergente al formular nuevos productos.

Para los ATF, nuevamente la economía de combustible es un factor clave junto con una mayor compatibilidad eléctrica y de hardware en las transmisiones eléctricas. La viscosidad se está volviendo muy baja, lo que limita la necesidad y el posible uso de VM en las transmisiones eléctricas.  Sin embargo, los PMA dispersantes aún pueden desempeñar un papel para garantizar una mejor protección contra la oxidación, potencialmente a un ligero costo de una mayor conductividad eléctrica. Es posible que también se necesiten propiedades de fricción si la transmisión eléctrica tiene embragues o sincronizadores.  

ACEITE DE AVIACIÓN VICTORY® 100AW

ACEITE DE MOTOR MONOGRADO DISPERSANTE SIN CENIZAS CON ADITIVO ANTIDESGASTE PARA MOTORES DE PISTÓN DE AERONAVES

Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW es un aceite de motor monogrado, dispersante sin cenizas, premezclado con la concentración adecuada de aditivo antidesgaste/desgaste (LW-16702) exigido por los boletines de servicio Lycoming 446E y 471B y la instrucción de servicio 1409C. Se recomienda su uso en motores de aviones de pistones opuestos y de pistones radiales donde el desgaste del elevador de levas es una preocupación.

Hay dos tipos básicos de aceites de aviación aprobados por la FAA que se utilizan en los motores de pistón de los aviones de aviación general.

1. Mineral puro

2. Dispersante sin cenizas (AD)

Muchos motores Lycoming utilizan aceite mineral puro para fines de “asentamiento” con un motor nuevo, reconstruido o reacondicionado. Luego, los operadores deben cambiar a aceite AD después de que se haya logrado el “asentamiento”. En aquellos motores que utilizan aceite mineral puro más allá del período de rodaje normal (25 a 50 horas), se debe realizar con precaución un cambio posterior a aceite AD, ya que los depósitos de lodo desprendidos pueden obstruir los conductos de aceite. Los filtros de aceite deben revisarse después de cada vuelo hasta que ya no aparezcan coágulos de lodo.

Los motores Lycoming que se van a rodar con aceite AD incluyen todos los modelos turboalimentados, el O-320-H y el O/LO-360-E.

Dado que los aceites dispersantes sin cenizas modernos aprobados por la FAA ya incluyen aditivos que los hacen superiores al aceite mineral puro, el uso de aditivos de aceite adicionales en los motores Lycoming ha sido muy limitado. El único aditivo aprobado por Lycoming es el número de pieza Lycoming LW-16702, un aditivo de aceite antidesgaste y antirayaduras. La política que rige el uso de este aditivo de aceite se detalla en las últimas revisiones de los Boletines de servicio 446 y 471, y en la Instrucción de servicio 1409. Estas publicaciones aprueban el uso de LW-16702 para todos los motores alternativos Lycoming, excepto aquellos que utilizan un embrague de tipo fricción y un sistema de aceite de motor común para el conjunto de transmisión y embrague. Se requiere el uso de LW-16702 en ciertos modelos de motor. Estos modelos son el 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO-360-E, TIO y TIGO-541.

El aceite de motor limpio es esencial para prolongar la vida útil del motor y el filtro de aceite de flujo total es una mejora adicional con respecto a los métodos de filtración más antiguos. Generalmente, la experiencia de servicio ha demostrado que el uso de filtros de aceite externos puede aumentar el tiempo entre cambios de aceite siempre que los elementos filtrantes se reemplacen en cada cambio de aceite. Sin embargo, la operación en áreas polvorientas, climas fríos y donde se realizan vuelos poco frecuentes con largos períodos de inactividad requerirán cambios de aceite proporcionalmente más frecuentes a pesar del uso del filtro de aceite.. El aceite y el elemento del filtro de aceite deben reemplazarse de forma rutinaria cada 50 horas de funcionamiento del motor, y el filtro debe abrirse para examinar el material atrapado en el filtro en busca de evidencia de daño interno del motor. En motores nuevos o recién revisados se pueden encontrar pequeñas partículas de virutas metálicas, pero no son peligrosas. El metal encontrado después de los primeros dos o tres cambios de aceite debe considerarse como una indicación de que se está desarrollando un problema grave y se debe realizar una investigación exhaustiva. El filtro de aceite no elimina contaminantes como agua, ácidos o lodos de plomo del aceite. Estos contaminantes se eliminan cambiando el aceite.

El filtro de aceite es aún más importante para los motores de alta compresión o de mayor potencia. Algunos de los fabricantes de aviones han tenido mucho éxito con los motores pequeños de cuatro cilindros y de menor compresión sin utilizar un filtro de flujo total. En términos generales, estos motores también pueden alcanzar la vida útil esperada siempre que el aceite se cambie constantemente y la operación y el mantenimiento se realicen de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del motor y la estructura del avión.

La última revisión de la Instrucción de servicio Lycoming 1014 brinda recomendaciones para aceites lubricantes, intervalos de cambio de aceite y rodaje del motor. Los pilotos y mecánicos deben saber qué peso, tipo y marca de aceite se utiliza en el motor al que se le da servicio. En cada cambio de aceite, esta información específica debe registrarse en el libro de registro del motor. Excepto como medida temporal en caso de emergencia, no se deben mezclar diferentes aceites. La mezcla indiscriminada y constante de aceites puede crear problemas de alto consumo de aceite o anillos de control de aceite y filtros de aceite obstruidos.

El consumo de aceite es una tendencia muy importante en el estado del motor que hay que vigilar. El operador y el personal de mantenimiento deben conocer el historial general del consumo de aceite durante la vida útil del motor. Es típico de un motor que, durante el asentamiento de aros de pistón nuevos, el consumo de aceite pueda ser errático o elevado; pero una vez asentados los anillos, generalmente dentro de las primeras 25 a 50 horas, el consumo de aceite debe estabilizarse por debajo de los límites máximos establecidos por el fabricante. Posteriormente, durante la vida útil del motor, si hay un aumento notable en el consumo de aceite dentro de un período de 25 horas, esto podría ser una posible señal de peligro y requiere una investigación. Las rejillas de aceite y el filtro deben observarse cuidadosamente para detectar señales de metal. El personal de mantenimiento debe realizar una verificación de la compresión de los cilindros, utilizando equipos de presión diferencial y también mirar dentro de los cilindros con un boroscopio o una luz de cuello de cisne para detectar cualquier condición inusual.