Noria Corporation. Traducido por Roberto Trujillo Corona, Noria Latin America

Aditivos para el aceite - Guia practica1

Los profesionales de la lubricación por lo general están familiarizados con la viscosidad del aceite base de sus lubricantes. Después de todo, la viscosidad es la propiedad más importante de un lubricante.

Se establecen líneas de base para los aceites entrantes y se controla la salud del lubricante basándose solo en la viscosidad. Sin embargo, los lubricantes son más que solo viscosidad. Es crucial comprender el papel de los aditivos y sus funciones dentro del lubricante.

Los aditivos lubricantes son compuestos orgánicos o inorgánicos disueltos o suspendidos (como sólidos en aceite). Por lo general, oscilan entre 0.1 y 30 por ciento del volumen del aceite, dependiendo de la máquina.

Los aditivos tienen tres funciones básicas:

  • Mejorar las propiedades existentes en el aceite base, como los antioxidantes, inhibidores de corrosión, agentes antiespumantes y agentes demulsificantes.
  • Suprimir las propiedades indeseables del aceite base, con depresores del punto de fluidez y mejoradores del índice de viscosidad (IV).
  • Impartir nuevas propiedades a los aceites base, con aditivos de presión extrema (EP), detergentes, desactivadores de metales y agentes de adhesividad.

Aditivos polares

La polaridad en los aditivos se define como la atracción direccional natural de las moléculas de los aditivos a otros materiales polares que están en contacto con el aceite. En términos simples, es cualquier cosa que el agua disuelve o se disuelve en agua.

Una esponja, una superficie de metal, tierra, agua y pulpa de madera son todos polares. Las cosas que no son polares incluyen cera, teflón, aceite base mineral, la espalda de un pato y los repelentes de agua.

Es importante tener en cuenta que los aditivos también son sacrificables. Una vez que se van, no vuelven. Piense en el entorno en el que trabaja, los productos que genera y los tipos de contaminantes que le rodean a diario. Si está permitiendo que entren en su sistema contaminantes que atraen aditivos, como tierra, silicio y agua, los aditivos se adherirán a los contaminantes y se depositarán en el fondo o se filtrarán y consumirán gradualmente su paquete de aditivos.

Aditivos para el aceite - Guia practica2Figura 1. Tres funciones de los aditivos lubricantes

Mecanismos polares

Hay algunos mecanismos polares como el envolvimiento de partículas, la emulsificación de agua y el recubrimiento de metales, los cuales son dignos de discusión.

El envolvimiento de partículas significa que el aditivo se adherirá a la superficie de la partícula y la envolverá. Estos aditivos son los desactivadores de metales, detergentes y dispersantes. Se utilizan para dispersar las partículas de hollín con el fin de prevenir su aglomeración, sedimentación y acumulación de depósitos, especialmente en temperaturas de bajas a moderadas.

Generalmente verá esto en un motor de combustión interna. Esta es una buena razón para reparar y eliminar cualquier problema tan pronto como se detecte a través de un adecuado conjunto de pruebas de análisis de aceite.

La emulsificación de agua ocurre cuando la cabeza polar del aditivo se adhiere a las gotas microscópicas de humedad. Esos tipos de aditivos son los agentes demulsificantes. Tome esto en cuenta la siguiente vez que observe agua en un tanque. Si bien es importante remover el agua, determine por dónde ingresó al sistema y repárelo aplicando el enfoque de análisis de causa raíz de falla. También tenga en mente que el paquete de aditivos se ha afectado. En términos de lubricación, esto se conoce como agotamiento de aditivos. Un reporte apropiado de análisis de aceite puede determinar la salud de los aditivos remanentes en el lubricante.

El mecanismo de recubrimiento de las superficies se presenta cuando los aditivos se anclan a las superficies metálicas, que es la forma en que se supone deben trabajar. Se adhieren al interior del alojamiento, a los dientes de los engranes, rodamientos, ejes, etc. Los aditivos que efectúan esta función son los inhibidores de herrumbre, antidesgaste (AW), extrema presión (EP), agentes de lubricidad e inhibidores de corrosión.

Los aditivos antidesgaste trabajan específicamente para proteger las superficies durante condiciones de película límite. Conforman una película dúctil, tipo ceniza, a temperaturas entre moderadas y altas (de 65°C a 110°C). Bajo estas condiciones límite, la película AW es quien sufre el daño, en lugar de la superficie metálica.

Un aditivo antidesgaste común es el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP). Reduce el riesgo de contacto metal-metal, lo que podría conducir a un aumento de temperatura, provocar oxidación y afectar negativamente la resistencia de la película.

Ya sea que mejoren, supriman o impartan nuevas propiedades al aceite base, los aditivos juegan un rol importante en la lubricación de maquinaria. Recuerde, cuando los aditivos se acaban, no vuelven, así que no olvide revisar su paquete de aditivos.

Tipos de aditivos lubricantes

Hay muchos tipos de aditivos químicos mezclados en los aceites base para mejorar las propiedades, para suprimir algunas propiedades indeseables y posiblemente para impartir algunas propiedades nuevas.

Aditivos para el aceite - Guia practica4Tabla 1. Aditivos comunes empleados en la lubricación de maquinaria

Los aditivos típicamente constituyen alrededor del 0.1 al 30 por ciento del aceite lubricante terminado, dependiendo de la aplicación objetivo del lubricante.

Los aditivos lubricantes son productos químicos caros, y crear la mezcla o formulación adecuada de aditivos es una ciencia muy complicada. La elección de los aditivos es lo que diferencia un aceite de turbina (R&O) de un aceite hidráulico, un aceite para engranajes y un aceite para motor.

Hay disponibles muchos aditivos para lubricantes, y se seleccionan para su uso en base a su capacidad para realizar su función prevista. También se eligen por su capacidad de mezclarse fácilmente con los aceites base seleccionados, ser compatibles con otros aditivos en la formulación y ser rentables.

Algunos aditivos realizan su función dentro del cuerpo del aceite (Ej., antioxidantes), mientras que otros realizan su trabajo en la superficie del metal (Ej., aditivos antidesgaste e inhibidores de oxidación).

Aditivos lubricantes convencionales

Estos aditivos incluyen los siguientes tipos:

Antioxidantes

La oxidación es el ataque general a los componentes más débiles del aceite base por el oxígeno en el aire. Ocurre a todas las temperaturas todo el tiempo, pero se acelera a temperaturas más altas y por la presencia de agua, metales de desgaste y otros contaminantes.

Causa la formación de ácidos (que producen corrosión) y lodo (que da como resultado depósitos en la superficie y aumento de viscosidad). Los inhibidores de oxidación, como también se les llama, se usan para extender la vida útil del aceite.

Son aditivos de sacrificio que se consumen mientras cumplen su deber de retrasar el inicio de la oxidación, protegiendo así el aceite base. Están presentes en casi todos los aceites y grasas lubricantes.

Inhibidores de herrumbre y corrosión

Aditivos para el aceite - Guia practica5

Estos aditivos reducen o eliminan la herrumbre y la corrosión neutralizando los ácidos y formando una barrera química protectora para repeler la humedad de las superficies metálicas.

Algunos de estos inhibidores son específicos para proteger ciertos metales. Por lo tanto, un aceite puede contener varios inhibidores de corrosión. Una vez más, son comunes en casi todos los aceites y grasas. Los desactivadores de metales son otra forma de inhibidor de corrosión.

Mejoradores del índice de viscosidad

Los mejoradores del índice de viscosidad son aditivos poliméricos muy grandes que evitan parcialmente que el aceite se diluya (pierda viscosidad) a medida que aumenta la temperatura. Estos aditivos se usan ampliamente cuando se mezclan aceites multigrado para motor, como SAE 5W-30 o SAE 15W-40.

También son responsables de un mejor flujo de aceite a bajas temperaturas, lo que resulta en una reducción del desgaste y una mejor economía de combustible. Además, los mejoradores de IV se usan para lograr aceites hidráulicos y de engranajes de alto IV para un mejor arranque y lubricación a bajas temperaturas.

Para visualizar cómo funciona un aditivo mejorador de IV, piense en este como si fuese un pulpo o resorte helicoidal que permanece enrollado en forma de bola cuando está a baja temperatura y tiene muy poco efecto sobre la viscosidad del aceite. Luego, a medida que aumenta la temperatura, el aditivo (o pulpo) se expande o extiende sus brazos (haciéndolo más grande) y evita que el aceite se diluya demasiado a altas temperaturas.

Los mejoradores de IV tienen un par de características negativas. Los aditivos son polímeros grandes (de alto peso molecular), lo que los hace susceptibles de ser cortados o trozados en pedazos pequeños por los componentes de la máquina (fuerzas de corte). Los engranajes se endurecen notoriamente con los aditivos mejoradores de IV.

El cizallamiento del aditivo mejorador de IV puede causar significativas pérdidas permanentes de viscosidad, que pueden detectarse por el análisis de aceite.

Una segunda forma de pérdida de viscosidad se produce debido a las altas fuerzas de corte en la zona de carga de las superficies de fricción (por ejemplo, en cojinetes). Se cree que el aditivo mejorador de IV pierde su forma u orientación uniforme y, por lo tanto, pierde parte de su capacidad de espesamiento. La viscosidad del aceite cae temporalmente dentro de la zona de carga y luego recupera su viscosidad normal después de que abandona la zona de carga. Esta característica en realidad ayuda a reducir el consumo de combustible.

Hay varios tipos diferentes de mejoradores de IV (los copolímeros de olefina son los más comunes). Los mejoradores de IV de alta calidad son menos susceptibles a la pérdida de viscosidad permanente por cizallamiento que los mejoradores de IV de bajo costo y baja calidad.

Agentes antidesgaste (AW)

Aditivos para el aceite - Guia practica6Estos aditivos se usan típicamente para proteger los componentes de la máquina del desgaste y la pérdida de metal durante las condiciones de lubricación límite. Son aditivos polares que se adhieren a las superficies metálicas en contacto.

Reaccionan químicamente con las superficies metálicas cuando ocurre contacto metal-metal en condiciones de lubricación mixta y límite y se activan por el calor del contacto para formar una película que minimiza el desgaste. También ayudan a proteger al aceite base de la oxidación y el daño al metal por los ácidos corrosivos.

Estos aditivos se “consumen” al efectuar su función, después de lo cual aumentará el daño por desgaste adhesivo. Por lo general, son compuestos de fósforo, siendo los más comunes el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP).

Existen diferentes versiones de ZDDP, algunas destinadas a aplicaciones hidráulicas y otras para las temperaturas más altas que se encuentran en los aceites de motor de combustión interna. El ZDDP también tiene algunas propiedades antioxidantes y de inhibición de corrosión. Además, se utilizan otros tipos de productos químicos a base de fósforo para la protección antidesgaste (p. Ej., el TCP o tricresil fosfato).

Aditivos de extrema presión (EP)

Estos aditivos son más agresivos químicamente que los aditivos AW. Reaccionan químicamente con superficies de metal (hierro) para formar una película de sacrificio en la superficie que evita la soldadura y la adhesión de las asperezas opuestas causadas por el contacto metal-metal (desgaste adhesivo).

Se activan a altas cargas y por las altas temperaturas de contacto que se crean. Por lo general, se usan en aceites para engranajes, dándole a esos aceites un olor único y fuerte a azufre. Estos aditivos generalmente contienen compuestos de azufre y fósforo (y ocasionalmente compuestos de boro).

Pueden ser corrosivos para los metales amarillos, especialmente a temperaturas más altas (arriba de 60 ºC), y por lo tanto no deben usarse en engranajes helicoidales o corona sinfín y aplicaciones similares donde se usan metales a base de cobre. Existen algunos aditivos EP a base de cloro, pero rara vez se usan debido a problemas de corrosión.

Los aditivos antidesgaste y extrema presión conforman un gran grupo de aditivos químicos que cumplen su función de proteger las superficies metálicas durante la lubricación límite al formar una película protectora o barrera en las superficies de desgaste.

Mientras la película hidrodinámica o elastohidrodinámica se mantenga entre las superficies metálicas, no se producirá lubricación límite y no se requerirán estos aditivos de lubricación límite para realizar su función. Estos aditivos de lubricación límite protegen las superficies de desgaste cuando la película de aceite se rompe y se establece un contacto entre las asperezas, bajo altas cargas o temperaturas.

Detergentes

Los detergentes realizan dos funciones: ayudan a mantener los componentes metálicos calientes libres de depósitos (limpios) y neutralizan los ácidos que se forman en el aceite. Los detergentes se usan principalmente en aceites de motor y son de naturaleza alcalina o básica. Forman la base de la reserva alcalina de los aceites de motor, que se conoce como el número base (BN, por sus siglas en inglés). Son típicamente materiales químicos de calcio y magnesio. Los detergentes a base de bario se usaron en el pasado, pero ahora rara vez se usan.

Dado que estos compuestos metálicos dejan un depósito de cenizas cuando se quema el aceite, pueden causar la formación de residuos no deseados en aplicaciones de alta temperatura. Debido a esta preocupación por las cenizas, muchos fabricantes de equipo original (OEM, por sus siglas en inglés) están especificando aceites con bajo contenido de cenizas para equipos que operan a altas temperaturas. Normalmente se usa un aditivo detergente junto con un aditivo dispersante.

Dispersantes

Aditivos para el aceite - Guia practica7Los dispersantes se encuentran principalmente en el aceite de motor con detergentes para ayudar a mantener los motores limpios y libres de depósitos. La función principal de los dispersantes es mantener las partículas de hollín del motor diésel finamente dispersas o suspendidas en el aceite (de menos de 1 micrón).

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

La combinación de aditivos detergentes/dispersantes permite que se neutralicen más compuestos ácidos y que se mantengan suspendidas 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.

Antiespumantes

Los productos químicos en este grupo de aditivos poseen baja tensión interfacial, lo que debilita la pared de 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 a base de silicona insolubles en el aceite, que no están disueltos, sino dispersos finamente en el aceite lubricante. Por lo general, se requieren concentraciones muy bajas. Si se agrega demasiado aditivo antiespumante, puede tener un efecto inverso y promover una mayor formación de espuma y retención de aire.

Modificadores de fricción

Los modificadores de fricción se usan típicamente 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 el ahorro de combustible.

En transmisiones, el enfoque está en mejorar el agarre entre los materiales del embrague. Los modificadores de fricción pueden considerarse como aditivos antidesgaste para cargas más bajas que no son activadas por 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 seguirá siendo fluido. Los cristales de cera que se forman en los aceites minerales parafínicos se cristalizan (se vuelven sólidos) a bajas temperaturas. Los cristales sólidos forman una red reticular que inhibe el flujo del aceite restante.

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

Demulsificantes

Los aditivos demulsificantes evitan la formación de una mezcla estable de aceite-agua o una emulsión al cambiar la tensión interfacial del aceite, por lo que el agua se unirá entre sí y se separará más fácilmente del aceite. Esta es una característica importante para los lubricantes expuestos al vapor o al agua para ayudar a que el agua libre pueda asentarse y drenarse fácilmente en un depósito.

Emulsificantes

Los emulsificantes se usan en fluidos para maquinado de metales. Están elaborados a base de agua y aceite y fluidos resistentes al fuego para ayudar a crear una emulsión estable de agua y aceite. El aditivo emulsificante puede considerarse como un pegamento que une el aceite y el agua, porque normalmente tenderían a separarse entre sí debido a la tensión interfacial y las diferencias en la gravedad específica.

Biocidas

Los biocidas a menudo se agregan a los lubricantes a base de agua para controlar el crecimiento de bacterias.

Agentes de adhesividad

Los agentes de adhesividad son materiales fibrosos utilizados en algunos aceites y grasas para evitar que el lubricante se desprenda de la superficie metálica durante el movimiento de rotación, fuerzas centrífugas o la gravedad.

Un par de puntos clave sobre los aditivos

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

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

Cómo se agotan los aditivos del aceite

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

  • “Descomposición” o transformación,
  • “Adsorción” en superficies de metal, partículas y agua, y
  • “Separación” debido a la 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 en servicio el aceite, menos efectivo será el paquete de aditivos restante para proteger a la maquinaria.

Cuando el paquete de aditivos se debilita, la viscosidad aumenta, comienza a formarse lodo, los ácidos corrosivos comienzan a atacar los rodamientos y las superficies metálicas, y el desgaste comienza a aumentar. Si se usan aceites de baja calidad, el punto en el que comienzan estos problemas ocurrirá 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 API para aceites de motor). 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.

Aditivos para el aceite - Guia practica8Tabla 1. Aditivos comunes y sus funciones

Demasiado de algo bueno

Cuando utiliza aditivos, más no significa que sea mejor. Cuando se añaden más aditivos al aceite, en ocasiones no se obtiene ningún beneficio y a veces el desempeño en realidad se deteriora. En otros casos, el desempeño del aditivo no mejora, pero sí la duración del servicio. Además, al incrementar el porcentaje de un cierto aditivo podría mejorar una propiedad del aceite, a la vez que se degrada otra. Cuando se desbalancea la concentración de aditivos, se afecta la calidad integral del aceite. Algunos aditivos compiten con otros por el mismo espacio en la superficie metálica. Si se agrega una elevada concentración de aditivos antidesgaste, el inhibidor de corrosión podría ser menos efectivo. El resultado puede ser un aumento en problemas relacionados con corrosión.

Aditivos suplementarios y acondicionadores de aceite

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

Sin embargo, algunos fabricantes de aditivos suplementarios harán afirmaciones sobre sus productos que son exageradas y/o no han sido comprobadas, o no mencionan los posibles efectos secundario negativo que el aditivo puede causar.

Tenga mucho cuidado en la selección y aplicación de estos productos, o mejor aún, evite usarlos. Si quiere 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 del aceite y de la maquinaria se anulan con el uso de aditivos suplementarios porque la formulación final nunca ha sido probada y aprobada. El comprador debe tener cuidado.

Al considerar el uso de un aditivo del mercado de repuestos para resolver un problema, es aconsejable recordar las siguientes reglas:

Regla N° 1 – Un lubricante inferior no puede convertirse en un producto Premium simplemente mediante la inclusión de un aditivo.

Es ilógico comprar un aceite terminado de baja calidad e intentar superar sus pobres cualidades lubricantes con algún aditivo especial.

Regla # 2 – Algunas pruebas de laboratorio pueden ser engañadas para proporcionar un resultado positivo.

Algunos aditivos pueden engañar a una prueba dada 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 solo pueden disolver (transportar) una cierta cantidad de aditivo.

Como resultado, la adición de un aditivo suplementario en un aceite que tiene un bajo nivel de solubilidad o que ya está saturado con aditivo puede significar simplemente que el aditivo se asentará fuera de la solución y permanecerá en el fondo del cárter o reservorio. El aditivo nunca puede llevar a cabo su función pretendida o prevista.

Si elige usar un aditivo suplementario o acondicionador de aceite tome las siguientes precauciones antes de agregarlo a un sistema lubricado:

  1. Determine si existe un problema real de lubricación. Por ejemplo, un problema de contaminación de aceite se relaciona con mayor frecuencia con un mantenimiento deficiente o una filtración inadecuada y no necesariamente con una lubricación deficiente o aceite de baja calidad.
  2. Elija el aditivo suplementario o acondicionador de aceite adecuado. Esto significa tomarse el tiempo para investigar la composición y compatibilidad de los diversos productos en el mercado.
  3. Insista en que se pongan a disposición datos de pruebas de campo que respalden las afirmaciones hechas con respecto a la efectividad del producto.
  4. Consulte a 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 regularmente. Solo a través de este método de comparación se pueden obtener datos objetivos sobre la efectividad del aditivo.

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