Aditivo para aceite

Compuestos químicos que mejoran el rendimiento lubricante del aceite base

Los aditivos para aceites son compuestos químicos que mejoran el rendimiento lubricante del aceite base (o aceite "base"). El fabricante de muchos aceites puede utilizar el mismo aceite base para cada formulación y puede elegir diferentes aditivos para cada uso. Los aditivos comprenden hasta un 5% en peso de algunos aceites. ^[1]

Casi todos los aceites de motor comerciales contienen aditivos, ya sean sintéticos o derivados del petróleo . Básicamente, solo los aceites de motor del American Petroleum Institute (API) Service SA no tienen aditivos y, por lo tanto, son incapaces de proteger los motores modernos . ^[2] La elección de los aditivos está determinada por el uso, por ejemplo, el aceite para un motor diésel con inyección directa en una camioneta (API Service CJ-4) tiene aditivos diferentes a los del aceite utilizado en un pequeño motor fueraborda a gasolina en una embarcación (aceite para motor de 2 tiempos).

Tipos de aditivos

Los aditivos para el aceite son vitales para la lubricación adecuada y el uso prolongado del aceite de motor en los motores de combustión interna modernos . Sin muchos de ellos, el aceite se contaminaría, se descompondría, se derramaría o no protegería adecuadamente las piezas del motor a todas las temperaturas de funcionamiento . Igualmente importantes son los aditivos para los aceites utilizados en el interior de las cajas de cambios , las transmisiones automáticas y los cojinetes . Algunos de los aditivos más importantes incluyen los que se utilizan para la viscosidad y la lubricidad , el control de contaminantes, el control de la descomposición química y el acondicionamiento de los sellos. Algunos aditivos permiten que los lubricantes funcionen mejor en condiciones severas, como presiones y temperaturas extremas y altos niveles de contaminación.

Control de la descomposición química

• Los aditivos para detergentes , que datan de principios de la década de 1930, se utilizan para limpiar y neutralizar las impurezas del aceite que normalmente causarían depósitos ( lodos de aceite ) en las piezas vitales del motor. Los detergentes típicos son los sulfonatos de magnesio. ^[3]
• Los aditivos inhibidores de corrosión u óxido retardan la oxidación de los metales dentro de un motor.
• Los aditivos antioxidantes retardan la degradación del aceite por oxidación . Los aditivos típicos son las aminas orgánicas y los fenoles .
• Los desactivadores de metales crean una película sobre las superficies metálicas para evitar que el metal provoque la oxidación del aceite.
• Las bases se pueden utilizar para combatir la descomposición química del aceite base en presencia de ácidos. Cuando el aceite se somete a desgaste por cizallamiento y oxidación por el aire y los gases de combustión, tendrá una tendencia a acumular ácidos y aumentar su índice de acidez total (TAN). Por ejemplo, los ácidos de descomposición que se encuentran en el aceite para engranajes usado pueden incluir ácidos carbocíclicos, cetonas, ésteres y subproductos de nitración y sulfatación. ^[4] Las bases y detergentes orgánicos e inorgánicos se incluyen en la mayoría de los aceites formulados, como se analiza en el párrafo siguiente, por lo que algunos (pero no todos) de estos contaminantes se neutralizarán. La degradación y la longevidad del aceite para engranajes se pueden medir por su TAN.

Estructura química de un dialquilditiofosfato de zinc, un agente antidesgaste típico que se encuentra en muchos aceites de motor.

• Los aditivos alcalinos se utilizan para neutralizar los ácidos mencionados anteriormente y también ayudan a prevenir la formación de sulfatos en un aceite de trabajo. Un aceite formulado a menudo tendrá KOH ( hidróxido de potasio ), una base fuerte, en pequeñas cantidades, ya que es un neutralizador eficaz utilizado en la refinación del petróleo. ^[5] Los aditivos que realizan una función similar en un aceite de motor incluyen sulfonatos de magnesio y calcio, salicilatos y fenatos. ^[4] Estos son los aditivos detergentes mencionados anteriormente. Para medir el potencial de alcalinidad de un aceite formulado, se prueba para obtener la cantidad equivalente de KOH para llegar al Número de Base Total (TBN) del aceite con unidades de mg de KOH por gramo de aceite. A medida que el paquete de aditivos se degrada, el TBN disminuirá hasta que sea necesario reemplazar el aceite de motor. El uso posterior del aceite permitirá la corrosión de lodos, barnices y metales. ^[4] Una medida importante de la degradación y longevidad de un aceite de motor es su TBN en relación con un aceite nuevo.

Para la viscosidad

• Los modificadores de viscosidad aumentan la viscosidad de un aceite a temperaturas elevadas, mejorando su índice de viscosidad (VI). Esto combate la tendencia del aceite a volverse líquido a altas temperaturas. La ventaja de usar un aceite menos viscoso con un mejorador de VI es que tendrá una fluidez mejorada a baja temperatura y será lo suficientemente viscoso para lubricar a temperatura de funcionamiento . La mayoría de los aceites multigrado tienen modificadores de viscosidad . Algunos aceites sintéticos están diseñados para cumplir con las especificaciones multigrado sin ellos. Los modificadores de viscosidad suelen ser polímeros plásticos. Prácticamente todos los aceites requieren un rango específico de viscosidad como fluido de trabajo, por lo que la viscosidad es el factor principal que determina si un aceite es aceptable para el motor. A medida que los aceites se degradan con el uso, su viscosidad disminuirá, lo que eventualmente requerirá su reemplazo.
• Los depresores del punto de fluidez mejoran la capacidad del aceite para fluir a temperaturas más bajas .

Para lubricidad

• Los modificadores de fricción o reductores de fricción, como el disulfuro de molibdeno , se utilizan para aumentar la economía de combustible del motor al reducir la fricción entre las piezas móviles. ^[6] Los modificadores de fricción alteran la lubricidad del aceite base. El aceite de ballena se utilizó históricamente. ^[7] En ^[8] se muestra cómo el uso de aditivos antifricción puede aumentar la eficiencia energética de un motor.

Copos de nanopartículas del aditivo para aceite TriboTEX. Imagen tomada con microscopio electrónico que muestra la escala nanométrica.

• Los agentes de extrema presión se adhieren a las superficies metálicas, evitando que entren en contacto incluso a alta presión .
• Los aditivos antidesgaste o inhibidores del desgaste hacen que una película rodee las piezas metálicas, lo que ayuda a mantenerlas separadas. Normalmente se utilizan dialquilditiofosfato de cinc ^[9] o ditiofosfatos de cinc .
• Nanopartículas que forman recubrimientos de carbono similares al diamante, que mejoran la capacidad de incrustación y pueden lograr una superlubricidad . La tecnología se desarrolló con el Laboratorio Nacional Argonne y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico y es la base del producto TriboTEX. ^[10] La capacidad de esta tecnología para reducir e incluso reparar el desgaste se describió en la revista NASA Spinoff. ^[11]
• Las nanopartículas de disulfuro de tungsteno inorgánico tipo fulereno (IF-WS2) con una morfología de esfera hueca ( similar a la de un fulereno ) proporcionan una lubricidad extrema , antifricción y una alta resistencia al impacto (hasta 35 GPa). Las partículas IF-WS2 fueron descubiertas por el profesor Reshef Tenne en el Instituto de Ciencias Weizmann . A diferencia de los aditivos lubricantes estándar que tienen estructuras similares a plaquetas con propiedades tribológicas moderadas, las partículas IF-WS2 tienen decenas de capas concéntricas enjauladas, lo que hace que estas partículas se destaquen bajo presión o carga extremas. Las partículas IF-LWS2 están disponibles en forma de polvo seco, así como en dispersión en aceite, agua y disolvente . Estas dispersiones se utilizan en la formulación de diversos lubricantes , grasas , fluidos para trabajar metales , recubrimientos , pinturas y polímeros .

Imagen TEM de un grupo de nanopartículas de calidad científica fabricadas por Nanotech Industrial Solutions. Nótese la forma casi esférica y la presencia de un núcleo hueco.

Para el control de contaminantes

• Las partículas metálicas liberadas por el desgaste son aditivos involuntarios e indeseables para el aceite. La mayoría de las partículas metálicas grandes y las impurezas se eliminan in situ mediante imanes o filtros de aceite .
• Los dispersantes mantienen los contaminantes (por ejemplo, el hollín ) suspendidos en el aceite para evitar que se coagulen .
• Los agentes antiespumantes inhiben la producción de burbujas de aire y espuma en el aceite, lo que puede causar pérdida de lubricación , picaduras y corrosión donde el aire atrapado y los gases de combustión entran en contacto con superficies metálicas.
• Los agentes antivaho evitan la atomización del aceite. Los agentes antivaho más habituales son las siliconas. ^[1]
• Los modificadores de cristales de cera son agentes desparafinadores que mejoran la capacidad de los filtros de aceite para separar la cera del aceite. Este tipo de aditivo tiene aplicaciones en el refinado y transporte de aceite, pero no en la formulación de lubricantes.

Por otras razones

• Los acondicionadores de sellos hacen que las juntas y los sellos se hinchen para reducir las fugas de aceite. Por lo general, se encuentran en aceites de motor de "alto kilometraje".

Aditivos en el mercado de recambios y controversia

El aceite de motor se fabrica con numerosos aditivos, y también existen aditivos de posventa . Una inconsistencia evidente de los aditivos de aceite de posventa comercializados en masa es que a menudo utilizan aditivos que son ajenos al aceite de motor. Por otro lado, también se venden aditivos comerciales que están diseñados para intervalos de drenaje prolongados (para reemplazar los aditivos agotados en el aceite usado) o para formular aceites in situ (para hacer un aceite de motor personalizado a partir de aceite base). Los aditivos comerciales son idénticos a los aditivos que se encuentran en el aceite de motor comercial, mientras que los aditivos comercializados en masa tienen un poco de cada uno.

Aunque el PTFE, un sólido, se utilizó en algunos aditivos de aceite del mercado de accesorios, algunos usuarios dijeron que el PTFE se aglutinaba y obstruía los filtros. Algunas personas ^{[¿ quiénes? ]} en la década de 1990 informaron que esto fue corroborado por la NASA ^[12] y universidades estadounidenses. ^[13] Sin embargo, si las partículas de PTFE son más pequeñas que las que aparentemente se usaron en las décadas de 1980 y 1990, entonces el PTFE puede ser un lubricante eficaz en suspensión. ^[14] El tamaño de la partícula y muchos otros componentes interrelacionados de un lubricante hacen que sea difícil hacer declaraciones generales sobre si el PTFE es útil o dañino. Aunque se ha dicho que el PTFE es " la sustancia más resbaladiza conocida por el hombre ", ^{[15] [16]} no serviría de nada si permaneciera en el filtro de aceite .

Algunos aditivos para aceite de motor de mercado masivo, en particular los que contienen PTFE / teflón (por ejemplo, Slick 50) ^[17] y parafinas cloradas (por ejemplo, Dura Lube ), ^[18] provocaron una importante reacción negativa por parte de los consumidores; la Comisión Federal de Comercio de los EE. UU . investigó muchos aditivos para aceite de motor comercializados en masa a fines de la década de 1990. Aunque no hay razón para decir que todos los aditivos para aceite utilizados en el aceite de motor envasado son buenos y todos los aditivos para aceite del mercado de accesorios son malos, ha habido una tendencia en la industria del mercado de accesorios a hacer afirmaciones infundadas con respecto a la eficacia de sus aditivos para aceite. Estas afirmaciones sin fundamento han hecho que los consumidores se sientan atraídos a agregar una botella de productos químicos a sus motores que no reducen las emisiones, mejoran la resistencia al desgaste, bajan las temperaturas, mejoran la eficiencia o extienden la vida útil del motor más de lo que lo habría hecho el aceite (mucho más barato). Muchos consumidores están convencidos de que los aditivos para aceite del mercado de accesorios funcionan, pero muchos consumidores están convencidos de que no funcionan y, de hecho, son perjudiciales para el motor. El tema es objeto de un acalorado debate en Internet .

Véase también

• Aditivo para combustible
• Aditivo para gasolina
• Análisis de aceite  : análisis de laboratorio de las propiedades y contaminantes de un lubricante a base de aceite.
• Tribología , la ciencia de la fricción, la lubricación y el desgaste.

Referencias

1. Thorsten Bartels et al. "Lubricantes y lubricación" en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a15_423
2. "Guía de aceites de motor de API, 2006" (PDF) .
3. Chevron Oronite
4. "TAN y TBN - Espectro Científico". www.spectrosci.com .
5. "Hidróxido de potasio en la industria del petróleo y el gas - Continental Chemical".
6. Roger F. Sebenik et al. "Molibdeno y compuestos de molibdeno" en Ullmann's Encyclopedia of Chemical Technology 2005; Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a16_655
7. Aceite de ballena dexron Turbo hydra-matic 350 Por Ron Sessions], página 20.
8. Mytrofanov, Oleksandr; Proskurin, Arkadii; Poznanskyi, Andrii; Zivenko, Oleksii (31 de agosto de 2023). "Determinación del efecto del aditivo antifricción sobre la potencia de pérdidas mecánicas en un motor de pistones rotativos". Revista de tecnologías empresariales de Europa del Este . 4 (1 (124)): 28–34. doi : 10.15587/1729-4061.2023.284500 . ISSN  1729-4061.
9. "Aceite de motor ZDDP - Mustang Monthly". Mustang 360. Archivado desde el original el 12 de septiembre de 2009. Consultado el 27 de junio de 2010 .
10. Chang, Qiuying; Rudenko, Pavlo; Miller, Dean J.; Wen, Jianguo; Berman, Diana; Zhang, Yuepeng; Arey, Bruce; Zhu, Zihua; Erdemir, Ali (2017). "Formación operando de una película límite de fricción ultrabaja a partir de un aditivo sintético de hidróxido de silicio y magnesio". Tribology International . 110 : 35–40. doi : 10.1016/j.triboint.2017.02.003 . ISSN  0301-679X.
11. "La nanotecnología repara los daños en los motores de los coches". NASA Spinoff . 2020.
12. Un informe de investigación de la NASA supuestamente dice sobre los aditivos de aceite de PTFE: "En los tipos de contacto de la superficie de los cojinetes que hemos analizado, no hemos visto ningún beneficio. En algunos casos hemos visto efectos perjudiciales. Los sólidos del aceite tienden a acumularse en las entradas y actúan como una presa, que simplemente impide la entrada del aceite. En lugar de ayudar, en realidad está privando a las piezas de lubricante". Se desconoce la fuente de esta cita, pero la cita en sí aparece en el artículo de la revista al que se hace referencia a continuación.
13. Véase el artículo de la revista Road Rider (ahora Motorcycle Consumer News ) de agosto de 1992 escrito por Fred Rau, que ha sido reimpreso extensamente, y consulte oilsfilters.htm para una discusión contemporánea.
14. Véase Nanoflon, un PTFE lo suficientemente pequeño para ser suspendido en lubricantes y utilizado comercialmente para ese propósito.
15. Presentación de PTFE: una resina potente, un secreto bien guardado por Owen Heatwole, abril de 1981, para QMI.
16. "Edwards Engines - Especificaciones del producto". 24 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 24 de febrero de 2010.
17. Quaker State resuelve los cargos de la FTC contra Slick 50 por US$10 millones en 1997.
18. Dura Lube resuelve los cargos de la FTC Archivado el 15 de enero de 2013 en Wayback Machine pagando US$2 millones en compensación a los consumidores en 2000.

Enlaces externos

• Enlace del Panel de Aditivos de Petróleo del Consejo Americano de Química con fabricantes de aditivos de petróleo.
• Cómo funcionan los aditivos Aditivos para aceite enlace a fabricantes de aditivos para aceite.