Aditivos Lubricantes - Una Guía Práctica

Forman la base de la alcalinidad de reserva de los aceites de motor, denominada número base (BN).  Por lo general, son materiales de química de calcio y magnesio.  En el pasado se utilizaban detergentes a base de bario, pero ahora rara vez se utilizan.

Dado que estos compuestos metálicos dejan un depósito de cenizas cuando se quema el aceite, pueden provocar la formación de residuos no deseados en aplicaciones de alta temperatura.  Debido a esta preocupación por las cenizas, muchos fabricantes de equipos originales están especificando aceites bajos en cenizas para equipos que operan a altas temperaturas.  Normalmente se utiliza un aditivo detergente junto con un aditivo dispersante.

Dispersantes

Dispersantes are mainly found in engine oil with detergents to help keep engines clean and free of deposits.  The main function of dispersants is to keep particles of diesel engine soot finely dispersed or suspended in the oil (less than 1 micron in size). 

El objetivo es mantener el contaminante suspendido y no permitir que se aglomere en el aceite para minimizar el daño y pueda ser expulsado del motor durante un cambio de aceite.  Los dispersantes son generalmente orgánicos y sin cenizas.  Como tales, no son fácilmente detectables con los análisis de aceite convencionales. 

La combinación de aditivos detergentes/dispersantes permite neutralizar más compuestos ácidos y mantener en suspensión más partículas contaminantes.  A medida que estos aditivos realizan sus funciones de neutralizar ácidos y suspender contaminantes, eventualmente excederán su capacidad, lo que requerirá un cambio de aceite.

Agentes antiespumantes

Los químicos de este grupo de aditivos poseen una tensión interfacial baja, lo que debilita la pared de las burbujas de aceite y permite que las burbujas de espuma exploten más fácilmente.  Tienen un efecto indirecto sobre la oxidación al reducir la cantidad de contacto aire-aceite. 

Algunos de estos aditivos son materiales de silicona insolubles en aceite que no se disuelven sino que se dispersan finamente en el aceite lubricante.  Generalmente se requieren concentraciones muy bajas.  Si se agrega demasiado aditivo antiespumante, puede tener un efecto inverso y promover una mayor formación de espuma y entrada de aire.

Modificadores de fricción

Los modificadores de fricción se utilizan normalmente en aceites de motor y fluidos de transmisión automática para alterar la fricción entre el motor y los componentes de la transmisión.  En los motores, el énfasis está en reducir la fricción para mejorar la economía de combustible. 

En las transmisiones, la atención se centra en mejorar el acoplamiento de los materiales del embrague.  Los modificadores de fricción pueden considerarse aditivos antidesgaste para cargas más bajas que no se activan con las temperaturas de contacto.

Depresores del punto de fluidez

El punto de fluidez de un aceite es aproximadamente la temperatura más baja a la que un aceite permanecerá fluido.  Los cristales de cera que se forman en los aceites minerales parafínicos cristalizan (se vuelven sólidos) a bajas temperaturas.  Los cristales sólidos forman una red reticular que impide que fluya el aceite líquido restante. 

Los aditivos de este grupo reducen el tamaño de los cristales de cera en el aceite y su interacción entre sí, permitiendo que el aceite siga fluyendo a bajas temperaturas.

Demulsionantes

Los aditivos desemulsionantes previenen la formación de una mezcla estable de aceite y agua o una emulsión al cambiar la tensión interfacial del aceite de modo que el agua se fusione y se separe más fácilmente del aceite.  Esta es una característica importante para los lubricantes expuestos al vapor o al agua, de modo que el agua libre pueda sedimentarse y drenarse fácilmente en un depósito.

Emulsionantes

Emulsionantes are used in oil-water-based metal-working fluids and fire-resistant fluids to help create a stable oil-water emulsion.  The emulsifier additive can be thought of as a glue binding the oil and water together, because normally they would like to separate from each other due to interfacial tension and differences in specific gravity.

Biocidas

Biocidas are often added to water-based lubricants to control the growth of bacteria.

Agentes adherentes

Agentes adherentes are stringy materials used in some oils and greases to prevent the lubricant from flinging off the metal surface during rotational movement.

Para que sean aceptables tanto para los mezcladores como para los usuarios finales, los aditivos deben poder manipularse en equipos de mezcla convencionales, ser estables en almacenamiento, estar libres de olores desagradables y no ser tóxicos según los estándares industriales normales. 

Dado que muchos son materiales muy viscosos, generalmente se venden al formulador de aceites como soluciones concentradas en un aceite base.

Un par de puntos clave sobre los aditivos:
Más aditivo no siempre es mejor.  El viejo dicho: “Si un poco de algo es bueno, más de lo mismo es mejor” no es necesariamente cierto cuando se utilizan aditivos para aceite. 

A medida que se mezcla más aditivo con el aceite, a veces no se obtienen más beneficios y, a veces, el rendimiento realmente se deteriora.  En otros casos, el rendimiento del aditivo no mejora, pero sí la duración del servicio.

Aumentar el porcentaje de un determinado aditivo puede mejorar una propiedad de un aceite y al mismo tiempo degradar otra.  Cuando las concentraciones especificadas de aditivos se desequilibran, la calidad general del aceite puede verse afectada. 

Algunos aditivos compiten entre sí por el mismo espacio en una superficie metálica.  Si se agrega al aceite una alta concentración de un agente antidesgaste, el inhibidor de corrosión puede volverse menos efectivo.  El resultado puede ser un aumento de los problemas relacionados con la corrosión.

Cómo se agotan los aditivos del petróleo

Es muy importante entender que la mayoría de estos aditivos se consumen y agotan por:

1. “descomposición”o avería,
2. “adsorción”sobre superficies de metal, partículas y agua, y
3. “separación”debido a sedimentación o filtración.

Los mecanismos de adsorción y separación implican transferencia de masa o movimiento físico del aditivo.

Para muchos aditivos, cuanto más tiempo permanezca el aceite en servicio, menos efectivo será el paquete de aditivos restante para proteger el equipo. 

Cuando el paquete de aditivos se debilita, la viscosidad aumenta, comienzan a formarse lodos, los ácidos corrosivos comienzan a atacar los rodamientos y las superficies metálicas y/o el desgaste comienza a aumentar.  Si se utilizan aceites de baja calidad, el punto en el que comiencen estos problemas se producirá mucho antes.

Es por estas razones que siempre se deben seleccionar lubricantes de alta calidad que cumplan con las especificaciones correctas de la industria (por ejemplo, clasificaciones de servicio de motores API).  La siguiente tabla se puede utilizar como guía para una comprensión más profunda de los tipos de aditivos y sus funciones en las formulaciones de aceite de motor.

De la información anterior se desprende claramente que hay mucha química en la mayoría de los aceites que se utilizan para lubricar equipos.  Son mezclas complicadas de sustancias químicas que están en equilibrio entre sí y deben respetarse. 

Por estas razones se debe evitar mezclar diferentes aceites y añadir aditivos lubricantes adicionales. 

Aditivos posventa y acondicionadores de aceite suplementarios

Hay cientos de aditivos químicos y acondicionadores de lubricantes suplementarios disponibles.  En determinadas aplicaciones o industrias especializadas, estos aditivos pueden tener un lugar en la mejora de la lubricación. 

Sin embargo, algunos fabricantes de lubricantes suplementarios harán afirmaciones sobre sus productos que son exageradas y/o no probadas, o no mencionan un efecto secundario negativo que el aditivo pueda causar. 

Ten mucho cuidado en la selección y aplicación de estos productos, o mejor aún, evita su uso.  Si desea un aceite mejor, compre un aceite mejor en primer lugar y deje la química a las personas que saben lo que están haciendo.  

A menudo, las garantías de aceite y equipo quedan anuladas con el uso de aditivos no originales porque la formulación final nunca ha sido probada y aprobada.  Cuidado con el comprador.

Al considerar el uso de un aditivo no original para resolver un problema, es aconsejable recordar las siguientes reglas:

Regla #1         
Un lubricante inferior no puede convertirse en un producto premium simplemente mediante la inclusión de un aditivo.  Comprar un aceite acabado de mala calidad e intentar superar sus malas cualidades lubricantes con algún aditivo especial es ilógico.

Regla #2         
Se puede engañar a algunas pruebas de laboratorio para que den un resultado positivo.  Algunos aditivos pueden engañar a una prueba determinada para que proporcione un resultado satisfactorio.  A menudo se realizan múltiples pruebas de oxidación y desgaste para obtener una mejor indicación del desempeño de un aditivo.  Luego se realizan pruebas de campo reales.

REGLA #3       
Los aceites base sólo pueden disolver (transportar) una cierta cantidad de aditivo.  Como resultado, la adición de un aditivo suplementario a un aceite que tiene un bajo nivel de solubilidad o que ya está saturado con aditivo puede significar simplemente que el aditivo se sedimentará de la solución y permanecerá en el fondo del cárter o sumidero.  Es posible que el aditivo nunca lleve a cabo la función reivindicada o prevista.

Si decide utilizar un aditivo no original, antes de agregar cualquier aditivo suplementario o acondicionador de aceite a un sistema lubricado, tome las siguientes precauciones:

1. Determine si existe un problema de lubricación real.  Por ejemplo, un problema de contaminación del aceite suele estar relacionado con un mantenimiento deficiente o una filtración inadecuada y no necesariamente con una lubricación deficiente o un aceite de mala calidad.

2. Elija el aditivo suplementario o acondicionador de aceite adecuado.  Esto significa tomarse el tiempo para investigar la composición y la compatibilidad de los distintos productos del mercado.

3. Insista en que se proporcionen datos reales de pruebas de campo que fundamenten las afirmaciones hechas con respecto a la efectividad del producto.

4. Consulte con un laboratorio de análisis de aceite independiente y de buena reputación.  Haga analizar el aceite existente al menos dos veces antes de agregar un aditivo suplementario.  Esto establecerá un punto de referencia.

5. Después de agregar el aditivo o acondicionador especial, continúe analizando el aceite con regularidad.  Sólo mediante este método de comparación se pueden obtener datos objetivos sobre la eficacia del aditivo.

Existe una gran controversia en torno a la aplicación de aditivos suplementarios.  Sin embargo, es cierto que ciertos aditivos lubricantes suplementarios reducirán o eliminarán la fricción en algunas aplicaciones, como máquinas herramienta, transmisiones por engranajes de presión extrema y ciertas aplicaciones de sistemas hidráulicos de alta presión.

Cuando se les pregunta por un ejemplo de motor refrigerado por aire, muchas personas mencionarán el Porsche 911 Carrera, conocido por su motor bóxer de seis cilindros refrigerado por aire de primera línea, el llamado motor "Boxer". Conocidos por muchos como los "911 refrigerados por aire", la versión final del motor de seis cilindros enfriado por aire de Porsche se suspendió después del año modelo 1998 en favor de un motor refrigerado por agua. Es uno de los últimos automóviles de consumo producidos con un motor refrigerado por aire.1, 2

Por el contrario, la industria de la aviación utiliza una combinación de motores refrigerados por aire y por agua, favoreciendo incluso la opción refrigerada por aire en el caso de los motores de pistón de avión. Este método de enfriamiento preferido por la industria de la aviación indica la razón detrás de la ubicuidad de los dispersantes sin cenizas en los aceites de motor de aviación.

El aceite de ricino era el aceite elegido para los aceites de aviación al comienzo de la era de la aviación debido a su buena lubricidad. Estos aceites se abandonaron en favor de los aceites de base mineral alrededor de 1925-1935. En aquella época, estos aceites no contenían aditivos y, en comparación con los motores actuales, el consumo de aceite era extremadamente elevado y los motores requerían repostajes periódicos.

Los aditivos, como los dispersantes sin cenizas, ayudan a reducir el consumo de aceite del motor. Pero antes de profundizar en la importancia de los dispersantes sin cenizas en los aceites para motores de aviación, es importante comprender qué es un dispersante sin cenizas. Los dispersantes sin cenizas ayudan a prevenir la formación de depósitos metálicos en los motores, lo que puede causar preignición y provocar daños catastróficos al motor.3 Un dispersante sin cenizas funciona dispersando las cenizas acumuladas fuera de los componentes del motor para evitar la acumulación y el desgaste excesivo.

La Asociación de Pilotos y Propietarios de Aeronaves (AOPA) afirma que “los aceites dispersantes sin cenizas contienen un aditivo que ayuda a eliminar los desechos y llevarlos al filtro o rejilla”. 4 La AOPA afirma además que “Esta es una cualidad muy importante, dado el desgaste relativamente alto de los motores de las aeronaves y la cantidad de ácidos de combustión y otros contaminantes que pasan por los anillos de los cilindros y las válvulas”. En efecto, un dispersante sin cenizas funciona rodeando los desechos no deseados para evitar que se asienten y causen desgaste y otros daños como la preignición.5

Los motores de pistón de avión se desvían del diseño y construcción de los motores de automóviles modernos en muchos aspectos, sobre todo en sus bandas de potencia. Un motor de automóvil normalmente tiene una línea roja de alrededor de 6.000 a 7.000 revoluciones por minuto (rpm) y rara vez funciona a su potencia máxima durante más de unos pocos segundos seguidos, mientras que un motor de avión normalmente produce una potencia máxima a alrededor de 2.700 rpm y opera a este nivel durante la mayor parte de su operación,6 siendo el extremo superior el de los aviones de la Segunda Guerra Mundial, que alcanzaron un máximo de 3.200 rpm. 

Otra diferencia está en los objetivos generales en la ingeniería de este tipo de motores. Actualmente, la industria automotriz se centra en mejorar la eficiencia del combustible reduciendo el tamaño y brindando comodidad tanto para los conductores como para los pasajeros de los vehículos. Por el contrario, los motores de avión se centran en la fiabilidad y la simplicidad. Un excelente ejemplo de esto es el Lockheed Constellation, un avión de la Segunda Guerra Mundial que fue nombrado el “avión de tres motores más seguro”, a pesar de su diseño de cuatro motores, porque los vuelos al extranjero a menudo resultaban en que un motor se apagaba en el camino.

Durante la Segunda Guerra Mundial, los motores refrigerados por agua eran predominantemente diseños V12, mientras que los motores refrigerados por aire eran diseños en forma de estrella de una o dos estrellas con siete a nueve cilindros por estrella. La densidad de energía aumentó rápidamente durante la Segunda Guerra Mundial; Los motores de los aviones tenían entre 20 y 50 litros de cilindrada y, a menudo, estaban turboalimentados, inventados primero en Alemania y luego sobrealimentados por los aliados. El octanaje del combustible utilizado era normalmente de 90 octanos o menos, llegando a 100 octanos e incluso hasta 150 octanos durante la guerra, en marcado contraste con los 100 octanos actuales, que no contienen plomo ni azufre.

Estos motores desarrollaban alrededor de 50 CV/litro y podían sobrealimentarse en un 50% con inyección de agua y metanol durante hasta 90 segundos. Hoy en día, los motores de gasolina para turismos producidos en masa tienen una potencia de 100 a 150 CV/litro, una mejora significativa en la tecnología de motores del siglo pasado. Uno de los problemas que atormentó a ambos bandos durante la Segunda Guerra Mundial fue la fiabilidad del motor, incluso cuando no estaba en contacto con el enemigo. Debido al insuficiente y falta de mantenimiento, el conocimiento limitado de los aditivos y la consiguiente ignición prematura, se formaron hollín y depósitos que causaron problemas importantes. Este fue el nacimiento de los aceites de motor sintéticos y los aditivos funcionales. El aceite base utilizado por la Luftwaffe era una mezcla de diéster sin cenizas con aceite de polietileno 7, mezclado con el aditivo antidesgaste/presión extrema "Mesulfol II" (un portador de azufre). En 1944, los cazas P-38, P-47, P-51 y B-25⁸ de la USAF comenzaron a utilizar polipropilenglicol sin cenizas Bridgestone (Union Carbide). Ambos aceites fueron retirados después de la Segunda Guerra Mundial, pero los polialquilenglicoles (PAG) todavía tienen algunas propiedades autolimpiantes y dispersantes.

Comparar un motor de automóvil de la década de 1960 con un motor moderno muestra algunos cambios y avances obvios, mientras que comparar dos motores de avión muestra que los dos motores se ven muy similares. Las figuras 2 y 3 muestran una comparación de dos motores de 1967 y 2015.

Comparar los motores de automóviles y de aviones es crucial para comprender por qué los dispersantes sin cenizas siguen siendo comunes en los aceites para motores de aviación, pero rara vez se mencionan cuando se habla de aceites para motores de automóviles. Una búsqueda en Google de "dispersante sin cenizas" arrojará casi todos los resultados relacionados con motores de aviones y aceites para motores de aviones. La tecnología avanzada de los coches nuevos está diseñada para mantener el motor en perfectas condiciones durante el mayor tiempo posible para aprovechar al máximo el combustible del depósito, sin mencionar que los coches eléctricos no necesitan aceite de motor. Sin embargo, los diseños de motores de pistón de aviones más antiguos se parecen más a los motores de automóviles de la década de 1960, que dependen de algunos depósitos que quedan en el motor y no están diseñados para funcionar en condiciones "como nuevas" durante toda su vida útil.

Como resultado, los fabricantes de automóviles tienden a recomendar SAP medio (ceniza sulfatada) totalmente sintético. <0.80 wt.-%) or low SAP (sulfated ash <0.50 wt.-%) oils with complex additive packages, while aircraft manufacturers generally endorse two more basic oils: straight mineral oil and ashless dispersant mineral oil. SAP stands for sulfur, ash and phosphorus. Straight mineral oils (API Groups I-III) are essentially oils produced from a refinery and are often recommended for the break-in period of new aircraft piston engines.

Según Ben Visser, especialista en lubricación jubilado de AeroShell, “Anteriormente, la lubricación de cilindros requería un tratamiento tradicional con cromo duro para cumplir con las especificaciones, y las partículas de desgaste actuaban como abrasivo”. 13 Después del período de rodaje, las recomendaciones se ajustan para evitar depósitos adicionales no deseados. La mayoría de los fabricantes de aviones recomiendan utilizar aceites dispersos sin cenizas en lugar de aceites minerales puros después del período de rodaje para eliminar el exceso de partículas metálicas y contaminantes.

A pesar de la durabilidad de estos aceites sin cenizas en motores de pistón de aviones, existe un desafío potencial para la durabilidad a largo plazo de los aceites dispersos sin cenizas: los aviones eléctricos. En 2014, Klaus Ohlmann estableció siete récords mundiales con su biplaza e-Genius. Estos incluyeron un récord de velocidad de 142,7 mph (229,7 km/h) y una distancia total de vuelo de 313 millas (504 km). Estos resultados no son innovadores en el contexto de todos los aviones, pero saber que el e-Genius logra estas hazañas utilizando sólo un motor eléctrico y una batería como fuente de energía es un logro notable en sí mismo. 14, 15 Aún más impresionante es que el e-Genius consume sólo una quinta parte de la energía necesaria para viajar la misma distancia en un avión biplaza propulsado por combustible. 15 Estos resultados son prometedores para el futuro de los aviones eléctricos, pero ¿qué significan para el combustible para aviones?

El “e-Genius” de la Universidad de Stuttgart en Alemania parece un planeador futurista, pero existen otros conceptos de aviones eléctricos más complejos. Desde aviones totalmente eléctricos hasta aviones híbridos, la electrificación como visión de futuro está “de moda” en la aviación. Eviation ha presentado su avión de pasajeros "Alice" de nueve pasajeros con un alcance estimado de 600 millas. Airbus ha presentado su e-fan X, que puede transportar más pasajeros, con uno de los motores sustituido por un motor eléctrico de 2 megavatios. 17 aviones experimentales X-57 totalmente eléctricos de la NASA cuentan con grandes motores eléctricos en las puntas de las alas para navegar y 12 motores eléctricos más pequeños con hélices plegables para el despegue.

Los aviones de despegue y aterrizaje verticales (VTOL) son otra categoría de aviones eléctricos. Se centran en el tráfico aéreo regional y en conectar los centros de las ciudades como “taxis aéreos urbanos” porque sólo necesitan una plataforma de aterrizaje. Los ejemplos incluyen: CityAirbus, Daimler Velocopter, Boeing NEXT y Lilium jet.

Está claro que el mundo avanza hacia la tecnología eléctrica. La tecnología ya se ha afianzado en la industria automotriz, con ventas del Chevrolet Volt, Nissan Leaf, Toyota Prius Prime y la línea de Tesla creciendo año tras año. 19 Aviones como el e-Genius también están demostrando el potencial de esta tecnología para compartirse con la industria de la aviación, pero eso no significa que la llegada de los aviones eléctricos signifique la muerte de los lubricantes para motores de aviación.

Según General Aviation News, la edad promedio de una aeronave de aviación general* es de 50 años, con un año promedio de fabricación en 1970.20 En comparación, el automóvil de consumo promedio tiene solo 12 años, con un año promedio de fabricación en 2008.21 En teoría, esto significa que una nueva característica o regulación no sería obligatoria hasta 2032. Esto hace que sea más difícil cambiar la tecnología de la aviación, para bien o para mal. En el caso de los aceites para motores de aviación, esto ha dificultado la adopción de tecnologías como los aceites totalmente sintéticos con complejos paquetes de aditivos en los aviones, pero también ha ayudado a que los dispersantes sin cenizas sobrevivan al actual interés mundial por los combustibles alternativos y las normas de emisiones más estrictas.

Es evidente que existe competencia entre la aviación y la electrificación. El objetivo es lograr un transporte neutro en emisiones de CO2 y, en este sentido, la aviación está por delante de la industria del automóvil. La norma ASTM D7566, la especificación clave para el combustible para aviones tradicional, tiene actualmente siete anexos que definen diferentes vías para el combustible de aviación sostenible (SAF), lo que permite producir hasta un 50% de SAF a partir de diferentes fuentes, como recursos y procesos de biomasa. Este puede ser un modelo para los motores de combustión interna. BMW anunció recientemente que ha aprobado un combustible diésel 100% renovable, conocido como HVO100. HVO100 es una réplica química del diésel de hidrocarburos. Porsche promueve el desarrollo de combustibles sintéticos o electrocombustibles, que se producen a partir de CO2 e hidrógeno utilizando energías renovables. Otra opción es mezclar el combustible con un 33% en volumen de aceite de cocina residual hidrogenado para producir diésel de petróleo, como ha propuesto Volkswagen con el R33 BlueDiesel.

Si bien la estructura mecánica de los motores de los aviones se ha mantenido prácticamente sin cambios durante el último medio siglo, la estructura mecánica de los motores de los automóviles ha cambiado significativamente. A pesar de esta gran diferencia en la historia del desarrollo, se espera que la tecnología eléctrica penetre en ambas industrias en los próximos años. Si bien esto puede conducir a una disminución en la cantidad de lubricantes para motores de aviación utilizados, la existencia continua de aviones más antiguos con diseños de motores de pistón simples conducirá muy probablemente a la existencia continua de lubricantes dispersos para motores de aviación sin cenizas. Es posible que los lubricantes dispersos sin cenizas no experimenten muchos nuevos desarrollos y mejoras en los próximos años, pero al igual que los aviones a los que sirven, es probable que sigan existiendo durante muchos años más.