Desespumantes, Dispersantes y Detergentes en Lubricantes: Una Guía Completa

Los aditivos pueden mejorar, suprimir o agregar nuevas propiedades a los aceites. Los antiespumantes, dispersantes y detergentes no son una excepción. Este trío de aditivos se puede encontrar en la mayoría de los lubricantes terminados, aunque en proporciones variables.

Analicemos las principales diferencias entre estos tres, por qué cada uno es tan importante y las formas de confirmar su presencia.

¿Cuál es la diferencia?

Si bien todos son aditivos (que comienzan con la letra D), sus funciones son claramente diferentes. Todos trabajan para proteger el aceite de varios tipos de contaminantes.

Por ejemplo, los antiespumantes reducen las burbujas de aire en el aceite. Al mismo tiempo, los detergentes mantienen limpias las superficies metálicas y los dispersantes encapsulan los contaminantes para que queden suspendidos en el lubricante.1 Esto se ilustra en la Figura 1.

De nuestro último artículo sobre aditivos lubricantes – Una guía completa, aquí hay algunas descripciones detalladas de cómo funciona cada uno de estos aditivos.

Antiespumantes

Cuando se forma espuma en el lubricante, pequeñas burbujas de aire quedan atrapadas en la superficie o en el interior (llamada espuma interior). Los antiespumantes actúan adsorbiéndose en la burbuja de espuma y afectando la tensión superficial de la burbuja. Esto provoca la coalescencia y rompe la burbuja en la superficie del lubricante1.

Para la espuma que se forma en la superficie, llamada espuma superficial, se utilizan antiespumantes con una tensión superficial más baja. Por lo general, no son solubles en aceite base y deben dispersarse finamente para que sean lo suficientemente estables incluso después de un almacenamiento o uso prolongado.

Por el contrario, la espuma interior, formada por burbujas de aire finamente dispersas en el lubricante, puede formar dispersiones estables. Los antiespumantes comunes están diseñados para controlar la espuma de la superficie pero estabilizar la espuma interna2.

Dispersantes

Por otro lado, los dispersantes también son polares y mantienen los contaminantes y los componentes insolubles del aceite suspendidos en el lubricante. Minimizan la aglomeración de partículas, lo que a su vez mantiene la viscosidad del aceite (en comparación con la coalescencia de partículas, que conduce al espesamiento). A diferencia de los detergentes, los dispersantes se consideran sin cenizas. Normalmente funcionan a bajas temperaturas de funcionamiento.

Detergentes

Detergentes are polar molecules that remove substances from the metal surface, similar to a cleaning action. However, some detergents also provide antioxidant properties. The nature of a detergent is essential, as metal-containing detergents produce ash (typically calcium, lithium, potassium, and sodium)1.

¿Son necesarios los antiespumantes?

Antiespumantes, also called antifoam additives, are found in many oils. Most oils need to keep foam levels to a minimum, and it is very easy for foam to form in lube systems due to their design and flow throughout the equipment.

Cuando la espuma ingresa al aceite, puede afectar su capacidad para proporcionar una lubricación adecuada de la superficie. Esto puede provocar que se produzca un desgaste a nivel de la superficie, dañando el equipo.

Muchos aceites requieren antiespumantes para proporcionar diversas funciones y en diferentes proporciones según su aplicación. En los fluidos de transmisión automática (ATF), los antiespumantes generalmente se necesitan en concentraciones de 50 a 400 ppm para evitar la formación excesiva de espuma y el arrastre de aire3. Por otro lado, para los fluidos de transmisión manual y lubricantes para ejes, se requieren antiespumantes en concentraciones ligeramente inferiores, entre 50 y 300 ppm.

Sin embargo, los OEM deben verificar estas concentraciones. Si la concentración de antiespumantes es demasiado alta, esto puede aumentar la formación de espuma. Además, los antiespumantes deben equilibrarse adecuadamente con los otros paquetes de aditivos para garantizar que no contrarresten negativamente a otro aditivo.

Hay dos tipos principales de antiespumantes: los antiespumantes de silicona y los antiespumantes sin silicona. Los antiespumantes de silicona se consideran los antiespumantes más eficaces, especialmente en concentraciones bajas de alrededor del 1%. Estos antiespumantes normalmente se disuelven previamente en disolventes aromáticos para proporcionar una dispersión estable.

Sin embargo, existen dos desventajas importantes asociadas con los antiespumantes de silicona. Debido a su insolubilidad, pueden salir fácilmente del aceite y tienen una poderosa afinidad por las superficies metálicas polares.

Por otro lado, los antiespumantes sin silicona son otra alternativa, especialmente para aplicaciones que requieren lubricantes sin silicona. Dichas aplicaciones incluyen fluidos para trabajar metales e hidráulicas, que se utilizan cerca de los libres de silicona, e incluso aquellas involucradas en la aplicación de pinturas o lacas a estas piezas.

Algunos antiespumantes sin silicona incluyen poli(etilenglicol) (PEG), poliéteres, polimetacrilatos y copolímeros orgánicos. El tributilfosfato también es otra opción para los antiespumantes4.

¿Por qué son importantes los dispersantes?

Muy a menudo, los detergentes y dispersantes se agrupan principalmente porque sus funciones pueden complementarse entre sí. Como se señaló anteriormente, la diferencia significativa es que los dispersantes no contienen cenizas, mientras que los detergentes contienen más compuestos metálicos.

Sin embargo, algunos dispersantes sin cenizas también ofrecen propiedades de “limpieza”, por lo que ambos no son mutuamente excluyentes.

Una gran cola de hidrocarburo oleófilo y un grupo de cabeza hidrófilo polar pueden clasificar los detergentes y dispersantes. Normalmente, la cola se solubiliza en el fluido base mientras que la cabeza es atraída por los contaminantes del lubricante.

Las moléculas dispersantes envuelven los contaminantes sólidos para formar micelas, y las colas no polares impiden la adhesión de estas partículas a las superficies metálicas, de modo que se aglomeran en partículas más grandes y parecen suspendidas.

Los dispersantes sin cenizas son, por definición, aquellos que no contienen metal y generalmente se derivan de polímeros de hidrocarburos, siendo los más populares los polibutenos (PIB).

Por ejemplo, los dispersantes normalmente se requieren en concentraciones de 2 a 6 % en los ATF y se utilizan para mantener la limpieza, dispersar lodos y reducir la fricción y el desgaste3. Estos valores en fluidos de transmisión manual y lubricantes para ejes varían del 1 al 4%.

¿Los detergentes realmente limpian?

Tradicionalmente, los detergentes recibían su nombre porque se suponía que proporcionaban propiedades limpiadoras al aceite, similares a los detergentes para ropa. Sin embargo, estos compuestos que contienen metales también proporcionan una reserva alcalina que se utiliza para neutralizar los subproductos ácidos de la combustión y la oxidación.

Debido a su naturaleza, estos compuestos dispersan las partículas, como el desgaste abrasivo y las partículas de hollín, en lugar de eliminarlas (en una acción de limpieza). Hay cuatro tipos principales de detergentes: fenatos, salicilatos, tiofosfato y sulfonatos4.

fenatos de calcio son el tipo más común de fenato. Se forman sintetizando fenoles alquilados con azufre elemental o cloruro de azufre, seguida de neutralización con óxidos o hidróxidos metálicos. Estos fenatos de calcio tienen buenas propiedades dispersantes y poseen un mayor potencial de neutralización de ácidos.

salicilatos tienen propiedades antioxidantes adicionales y una eficacia comprobada en formulaciones de aceite para motores diésel. Se preparan mediante la carboxilación de fenoles alquilados con posterior metátesis en sales de metales divalentes. Luego, estos productos se sobrebasifican con un exceso de carbonato metálico para formar detergentes muy básicos.

Tiofosfonatos Hoy en día rara vez se utilizan porque son un producto sobrebasificado.

Sulfonatos generalmente tienen excelentes propiedades anticorrosivas. Los sulfonatos neutros (o sobrebasados) tienen un excelente potencial detergente y de neutralización. Estos sulfonatos neutros se forman típicamente con óxidos o hidróxidos metálicos dispersos coloidalmente.

Los sulfonatos de calcio son relativamente baratos y tienen buen rendimiento. Por otro lado, los sulfonatos de magnesio exhiben excelentes propiedades anticorrosión, pero pueden formar depósitos de cenizas duras después de la degradación térmica, lo que lleva al pulido del orificio de los motores. Los sulfonatos de bario no se utilizan debido a sus propiedades tóxicas.

Detergentes in ATFs are used in concentrations of 0.1-1.0% for cleanliness, friction, corrosion inhibition, and reduction of wear3. However, these values are a bit higher in manual transmission fluids, at 0.0 – 3.0%. On the other hand, no detergents are required for axle lubricants!

¿Qué sucede cuando se agotan estos aditivos?

Para los tres aditivos de los que hablamos antes, cada uno de ellos es sacrificable de una forma u otra. 

Antiespumantes get used up when they are called upon to reduce the foam in the oil. On the other hand, detergents and dispersants use their characteristics to suspend contaminants in the oil.

En todos estos escenarios, se puede considerar que cada uno de estos aditivos se agota con el tiempo. Mientras desempeñan sus funciones, sufrirán reacciones que reducirán su capacidad para realizarlas más de una vez.

Por lo tanto, se puede concluir que estos aditivos se agotan con el tiempo, aunque es posible que no hayan abandonado físicamente el aceite, sino que ahora existan en una forma diferente.

La propiedad de liberación de aire del aceite se ve afectada por la pérdida de antiespumantes. Este valor experimentará un aumento significativo, lo que indica que el aire tarda más en liberarse del aceite. Como tal, el aire permanece en el aceite en estado libre, disuelto, arrastrado o espumoso.

En consecuencia, esto afecta la capacidad del aceite para lubricar los componentes adecuadamente e incluso puede provocar microdieseling y un aumento de la temperatura del aceite en el cárter.

Por otro lado, a medida que se reducen los detergentes y dispersantes, también disminuye la capacidad del aceite para retener contaminantes.

Por lo tanto, uno comenzará a notar que pueden comenzar a formarse depósitos en el interior del equipo, lo que provocará que las válvulas se atasquen (especialmente en los sistemas hidráulicos) o un aumento general de la temperatura del sistema, ya que estos depósitos pueden atrapar el calor.

Con la introducción de un aumento de temperatura, el aceite puede comenzar a oxidarse, lo que provoca que se formen más depósitos y posiblemente incluso barniz.

Básicamente, estos aditivos son esenciales para la salud del aceite en su sistema. Los detergentes y dispersantes pueden ayudar a mantener su sistema limpio (libre de contaminantes como el hollín).

Los antiespumantes pueden incluso reducir el riesgo de desgaste, el aumento de temperatura en el sistema de lubricación, la posibilidad de formar barniz o la posibilidad de sucumbir al microdiesel.

Bruno Defelippe, de Paraguay, está confundido acerca de los aceites minerales.

“¿No son todos los aceites de motor “aceites minerales”?” pregunta. "¿Cuál es la diferencia con los 'aceites no minerales', si existen?"

Como tantas cosas en la aviación, y en la vida, la respuesta es "bueno, más o menos, sí". Todos los aceites de motor son aceites minerales.

El problema aquí es que cada industria, región del país y profesión tiene su propio idioma y terminología.

Hace muchos años, di una charla ante un grupo que incluía a varios médicos. Después de la charla, uno de ellos comentó que tenía un motor nuevo en su avión y no sabía que podía ir a la farmacia del hospital y conseguir allí un poco de aceite mineral para su motor.

Después de calmarme un poco, le expliqué que el aceite mineral en aviación general se refiere a un producto que cumple con la especificación Mil-L-6082E/SAE 1966 para aceites de aviación.

Generalmente se usa para el proceso de rodaje de algunos motores de pistón de aviones y se trata básicamente de bases minerales casi sin aditivos (a excepción de una pequeña cantidad de antioxidante y depresor del punto de fluidez). 

La teoría detrás del uso de aceite mineral para el rodaje de motores nuevos o reacondicionados es que sin aditivos de limpieza dispersantes sin cenizas, una mayor cantidad de partículas metálicas de desgaste de las piezas nuevas permanecen en el área de la correa de anillos y actúan como compuestos de pulido para desgastarse en los nuevos cilindros y juegos de anillos.  

La otra clasificación para los aceites para motores de pistón de aviación es la especificación Mil-L-22851D/SAE 1899 para aceites que normalmente se denominan AD o aceite dispersante sin cenizas. Estos productos generalmente son solo productos de aceite mineral con la adición de un dispersante sin cenizas para mejorar la limpieza.

La excepción aquí son los aceites multigrado semi o parcialmente sintéticos que se mezclan con algunas bases de aceites no minerales.

Mucha gente llama erróneamente a los aceites AD aceites detergentes, y eso funciona en la comunidad de la aviación, donde solo existen dos especificaciones de aceite para aceites certificados para motores de pistón de avión.

Pero esto es incorrecto cuando se trata de otras clasificaciones de aceites. En el mundo de los lubricantes, un aceite detergente es aquel que contiene un detergente tipo ceniza o de base metálica en lugar de un dispersante sin cenizas. La diferencia parece pequeña, pero hay una diferencia significativa en el motor.

En un motor de avión, un aceite detergente tipo ceniza acumulará depósitos en el motor, lo que probablemente provocará una preignición y probablemente destruirá el motor.  

¿Qué aceite debo utilizar para acondicionar el motor de mi avión?

Entonces, ¿qué aceite debería utilizar para rodar un motor nuevo? La respuesta varía según la empresa que fabricó o reconstruyó su motor y las recomendaciones de esa empresa.

Por ejemplo, Continental recomienda el rodaje utilizando un aceite mineral que cumpla con la especificación Mil-L-6082/SAE 1966 en todos sus motores. Pero Lycoming recomienda utilizar un aceite AD que cumpla con la especificación Mil-L-22851/SAE 1899 para el rodaje de sus motores turboalimentados y aceite mineral para el rodaje de la mayoría de los motores de pistón sin turbo. También hay algunas recomendaciones diferentes para ciertos modelos, como la serie de motores O-320H de Lycoming. 

Además, varios talleres de reconstrucción de motores y talleres de reconstrucción de cilindros tienen sus propias recomendaciones.

Entonces, ¿cuál es el resultado final de las recomendaciones de petróleo?

Siempre consulte con las personas que construyeron su motor sus recomendaciones de rodaje y luego siga esas recomendaciones de cerca. 

También solicite sus recomendaciones sobre qué aceite usar después del rodaje y los intervalos de cambio de aceite recomendados. 

Utilice únicamente (y quiero decir únicamente) aceites que cumplan con las especificaciones Mil/SAE recomendadas.

Último consejo: siempre controle y ajuste la temperatura del aceite para que alcance aproximadamente 180 °F durante el crucero. A medida que el aceite pasa por el motor, se calentará hasta 50° más de lo indicado. Si su temperatura está muy por debajo de 180°, no hervirá el agua y si está muy por encima de 180°, puede causar coquización del aceite.  

Esta especificación MIL-L-22851 establece los requisitos para aceites lubricantes que contienen aditivos dispersantes sin cenizas para ser utilizados en motores de aviones de pistón alternativo de ciclo de cuatro tiempos. Esta especificación está cancelada. Reemplazada por SAE-J1899.

Especificaciones militares