¿Son necesarios los aditivos?

¿Son necesarios los aditivos?

Aceite lubricante

 


Un aceite lubricante está compuesto por los siguientes elementos:

Aceite = Base lubricante + aditivos

Base lubricante:

Es el componente más importante del aceite, define su viscosidad y le da propiedades físico-químicas importantes al aceite, como las de demulsibilidad, antidesgaste, antiespumante, antioxidante, índice de viscosidad, biodegradabilidad y toxicidad entre otras. Mientras los aditivos realicen su función, la base lubricante no se deteriora si no se contamina, pero una vez que estos se agotan, la base lubricante se empieza a degradar, iniciándose el proceso que se conoce como oxidación del aceite en el cual se forman lacas, barnices y gomas ácidas, que conllevan a que finalmente el aceite se torne ácido y sea necesario cambiarlo.

La base lubricante puede ser derivada del petróleo, sintética ó vegetal. La utilización de uno u otro tipo de base lubricante depende de las condiciones de operación del equipo o maquina.

Aditivos:

Es un componente químico que se le adiciona a la base lubricante con el fin de mejorarle una ó más propiedades ó de darle otras nuevas, como en el caso de los aceites de tipo automotriz con los aditivos detergentes-dispersantes.
Los aditivos son el material de sacrificio en el aceite lubricante, y mientras éstos no se agoten, la base lubricante no se deteriora, pero una vez que la reserva de éstos desaparece del aceite, la base lubricante inicia su proceso de degradación más o menos acelerado dependiendo de las condiciones bajo las cuales esté trabajando el aceite en los mecanismos lubricados. El uso de los aditivos data de la década de los años 50´s y ha permitido alcanzar mayores frecuencias entre cambios de aceite y la reducción del desgaste en los mecanismos lubricados como es el caso de los aditivos antidesgaste y Extrema Presión.

Los aditivos pueden ser de diferentes tipos dependiendo de lo que se quiera mejorar en el aceite, como los orgánico, órgano-metálico ó metálico. Cada uno de ellos puede mejorar ó darle nuevas propiedades al aceite como las antidesgaste, antiespumantes, antiemulsionantes, Extrema Presión, mejoradores del índice de viscosidad, detergentes-dispersantes, etc.

Oxidación

Es un proceso químico que se empieza a presentar en el aceite una vez que la reserva alcalina proveniente de los aditivos antioxidantes ó de los detergentes-dispersantes se empieza a agotar. El proceso se acelera dependiendo de los contaminantes presentes en el aceite; es irreversible y conlleva finalmente a la formación de ácidos como el ácido sulfúrico (H2SO4).

La reacción de oxidación de un aceite mineral es la siguiente:1. S + O2 - Top -SO2
2. SO2 + H2O -Cu, Fe -H2SO4

 

Los factores que inciden en la oxidación del aceite son:

  • El azufre (S): es un componente del proceso de oxidación; proviene de la base lubricante cuando es derivada del petróleo y del combustible cuando se trata de aceites de tipo automotriz.
  • El oxigeno (O2) del aire: es un componente del proceso de oxidación; su presencia es inevitable y es mayor cuando el aceite se encuentra trabajando en los mecanismos lubricados.
  • La temperatura de operación (Top): actúa como un catalizador del proceso de oxidación; influye más severamente en la oxidación del aceite en la medida que su valor sea mayor de los 50°C. Se tiene que por cada 10°C de incremento en la temperatura de operación del aceite por encima de los 50°C, su rata de oxidación se duplica. Así, por ejemplo, si se tiene el caso de dos aceites minerales A y B, que trabajan a 50°C y a 80°C respectivamente, el aceite A se cambiaría cada año y el B cada mes y medio para un trabajo continuo de 24 horas diarias. Es un factor que se puede controlar minimizando al máximo las pérdidas por fricción en los mecanismos lubricados ó enfriando el aceite.
  • El dióxido de azufre (SO2): es el resultado de la oxidación parcial del aceite y se presenta cuando se agota la reserva alcalina del aceite. Su presencia en el aceite se puede reducir dializando el aceite. Si en este estado se cuantifica el TAN del aceite, su incremento por encima del valor original, es de 0,2 mgr KOH/ gr.ac.us.
  • El agua (H2O): es un componente del proceso de oxidación; puede estar presente en el aceite por condensación de la humedad del aire presente dentro del equipo rotativo, ó por la contaminación del aceite ya sea durante su almacenamiento ó porque los sellos ó retenedores del equipo rotativo están en mal estado. Es inevitable su presencia en el aceite, pero se puede eliminar ó minimizar al máximo mediante el drenaje periódico ó el mantenimiento al aceite utilizando las técnicas de la filtración (filtros coalescentes) y de la diálisis.
  • Partículas de cobre (Cu) y de hierro (Fe): actúan como catalizadores del proceso de oxidación; estas partículas pueden provenir del desgaste normal ó anormal de los mecanismos lubricados, es inevitable su presencia, pero se puede minimizar mejorando la lubricación de los componentes ó filtrando el aceite.
  • Ácido sulfúrico (H2SO4): es el producto final cuando el aceite se oxida y se presenta cuando la reserva alcalina tanto de los aditivos como de la base lubricante se agota. Una vez que el aceite alcanza esta condición, se debe cambiar y la única manera de recuperar la base lubricante es por destilación ó por procesos químicos, como el de tratamiento con arcilla. Después de la formación del SO2, hasta que se forma el H2SO4, el incremento del TAN del aceite, por encima del valor original, es de 0,7 mgr KOH/gr.ac.us. aproximadamente.

Número Ácido Total o TAN


El Número Ácido Total (TAN) ó Número de Neutralización (NN) del aceite se da en mgr KOH/gr.ac.us. y se evalúa según el método ASTM D664. Este parámetro permite cuantificar el agotamiento del aditivo antioxidante del aceite y el deterioro de la reserva alcalina de la base lubricante a través del tiempo. El TAN del aceite nuevo puede ser cero ó ligeramente superior a este valor, debido a la tendencia ácida de ciertos aditivos presentes en el aceite, en promedio entre 0,1 y 0,3 mgr KOH/gr.ac.us; aumenta muy poco mientras el aceite tenga aditivos antioxidantes, ya que estos van neutralizando el SO2 que se va formando en el aceite, transformándolo en otros tipos de compuestos que no tienen tendencia ácida ó ligeramente ácida como los ácidos débiles. Este periodo de tiempo es más ó menos largo dependiendo de las condiciones operacionales del mecanismo; una vez que los aditivos antioxidantes se agotan, se inicia el proceso de oxidación, propiamente dicho de la base lubricante, el cual es bastante critico, haciendo que en poco tiempo el TAN aumente rápidamente hasta el valor máximo permisible, que por lo regular en la mayoría de los aceites es de 1,0 mgr KOH/ gr.ac.us. Una vez que se alcanza este valor, el incremento del TAN es exponencial, alcanzando valores extremadamente altos, en cortos períodos de tiempo, como 80-100 mgr KOH/gr.ac.us., siendo necesario cambiar el aceite en el menor tiempo posible, antes de que ocurra esta situación.

Es muy importante tener en cuenta, cuando se le cambia el aceite a un equipo rotativo, que simplemente drenándoselo no basta para garantizar que todos los productos de la oxidación del aceite mineral son evacuados, ya que cuando el aceite se oxida se forman productos ácidos solubles e insolubles en el aceite, estos últimos, se adhieren a las paredes del depósito ó carter donde se halla alojado el aceite y sólo se pueden evacuar siempre y cuando se lave dicho depósito de aceite. Por lo tanto siempre que se le cambie el aceite mineral a un equipo rotativo, se debe lavar internamente, de lo contrario el aceite nuevo que se le aplique se contaminara con dichos productos ácidos insolubles

¿Son necesarios los aditivos?


Desde comienzos de los años 1900 a medida que se diseñaban nuevas máquinas para cubrir las necesidades de los nuevos procesos industriales que involucraban altas cargas, bajas velocidades y temperaturas extremas (principalmente en la industria de la minería, del cemento, de la siderurgia y del sector automotriz) se llegó a la conclusión que las bases lubricantes derivadas del petróleo, utilizadas hasta entonces como aceites lubricantes, no tenían las características y propiedades suficientes para proteger adecuadamente los mecanismos de dichas máquinas y que era necesario por lo tanto agregarle a estas bases lubricantes otros componentes que les mejoraran las propiedades que ya tenían ó les dieran otras nuevas que se requerían. Estas sustancias recibieron el nombre de aditivos, pero en el campo teórico ya que en la práctica no se utilizaban porque no era fácil producirlos debido a que la industria química aún estaba experimentando en este campo sin lograr resultados satisfactorios. Sólo hasta 1922 se produjeron algunos aditivos de tipo anti-desgaste y se experimento con ellos sin lograr los objetivos propuestos de reducir el desgaste en aquellos mecanismos sometidos a altas cargas y bajas velocidades. En 1932 se utilizaron por primera vez los aditivos detergentes-dispersantes en los aceites automotrices con resultados medianamente satisfactorios ya que estos aceites a pesar de tener estos aditivos aun estaban muy lejos de garantizar un buen nivel de limpieza en los mecanismos lubricados, por lo que en muchos casos era necesario lavar internamente el motor siempre que se cambiaba el aceite y la mayoría de las veces debía incluirse en este proceso de limpieza la bajada del carter para poderle quitar las resinas y asfaltos acumulados en él. Solo fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial II cuando la industria química logró grandes desarrollos en el campo de los aditivos y se empezaron a producir lubricantes minerales aditivados con buenos niveles de funcionamiento.

Debido a los nuevos diseños y operación de los máquinas rotativas modernas ha surgido la necesidad de formular lubricantes de óptima calidad que sean capaces de mantener sus propiedades bajo cualquier tipo de situación, esto ha conllevado a nuevas y costosas investigaciones en el campo de los aditivos los cuales han permitido desarrollar lubricantes de mejor funcionamiento tanto en lo que se refiere a su vida de servicio como al nivel de protección que le confieren a los mecanismos lubricados. En muchos procesos industriales se presentan condiciones críticas como en los casos, por citar algunos ejemplos, de los corrugadores en las fábricas de cajas de cartón, en donde los cilindros de secado y rodamientos se someten a elevadas cargas, altas temperaturas y humedad; en las prensas de embutido y troquelería en donde es necesario trabajar con láminas de espesores cada vez mayores; en la industria textil, donde hay rodamientos de mecanismos que giran a velocidades hasta de 200.000 rpm. Otro aspecto muy importante a tener en cuenta es, que la mayoría de estas máquinas rotativas trabajan 24 horas del día durante los 365 días del año.

En la actualidad los aditivos utilizados son de excelente calidad y se utilizan tanto en la formulación y fabricación de aceites minerales como en los sintéticos y vegetales.

Aditivos


Los aditivos son sustancias químicas que se les añaden a las bases lubricantes, con el fin de darle ó de mejorarle determinadas propiedades que tenga y así obtener aceites lubricantes con cualidades específicas. Algunas veces se utilizan las bases lubricantes como aceites y se denominan "aceites minerales"; en estos casos no se requiere que el aceite posea aditivos porque las condiciones de trabajo no lo exigen y el único factor a tener en cuenta es la viscosidad. Donde no sea necesario utilizar un aceite aditivado sino un aceite mineral, se debe utilizar este último porque resulta más económico y en algunos casos los aditivos pueden ocasionar problemas. La calidad de un lubricante depende no solo del tipo de base lubricante y de su proceso de refinación, sino también de la calidad y tipo de los aditivos utilizados.

Como se mencionó anteriormente, los aditivos para aceites lubricantes fueron utilizados por primera vez, aunque de manera incipiente, en 1922 y desde entonces su utilización ha venido en aumento hasta el punto que prácticamente hoy en día, todos los tipos de aceites contienen al menos un aditivo y un número bastante representativo de varios tipos diferentes de ellos. El porcentaje por volumen de aditivos utilizados en un aceite varía entre el 0,1 (aceites para transformadores) y el 30% (aceites automotores) por volumen. Adicionalmente a los efectos beneficiosos que producen, los aditivos pueden tener efectos colaterales perjudiciales, especialmente si la dosis es excesiva ó si ocurren reacciones entre ellos. Por esto, es responsabilidad del fabricante del aceite obtener un balance exacto entre los diferentes aditivos para que el desempeño del lubricante sea el óptimo y asegurarse por medio de análisis de laboratorio bajo los estándares de las normas ASTM y pruebas de campo que la combinación de los aditivos lograda no produce efectos colaterales indeseables; si esto se logra, es usualmente innecesario y no recomendable que el usuario le adicione aditivos a un aceite que se encuentra trabajando en una máquina rotativa; cuando esto ocurre, la reacción química que se presenta inhibe completamente el efecto del aditivo agregado e incentiva en la mayoría de los casos el efecto contrario, o sea, que si a un aceite que tiene aditivo antiespumante se le agrega más aditivo antiespumante el resultado final es que se forman grandes volúmenes de espuma deteriorando definitivamente el aceite.

Características de los aditivos


Las más importantes son:

  • Disminuir la velocidad a la cual ocurren determinadas reacciones, como por ejemplo la oxidación que resulta indeseable en el aceite durante su período de servicio.
  • Mejorar la estabilidad de la película lubricante (ho) garantizando que cambia menos con las variaciones en la temperatura de operación.
  • Proteger las superficies lubricadas de la agresión de ciertos contaminantes como el agua, ácidos, etc.
  • Mejorar las propiedades físico-químicas del aceite ó proporcionarle otras nuevas.

Propiedades Físico-Químicas de los aditivos


En la tabla se especifican las propiedades físico-químicas más importantes de los aditivos.

Propiedad Descripción
Color No es de gran importancia, aunque algunas veces se cae en el error de considerarlo un factor determinante de la calidad de un aceite.
Olor Son inoloros y un olor indeseable sólo se deberá presentar como resultado del proceso de oxidación ó de descomposición normal del aceite
Compatibilidad Deben ser compatibles entre sí cuando sean necesarios dos ó más aditivos en la misma base lubricante. La compatibilidad debe perdurar hasta que el aceite llegue al final de su vida de servicio.
Solubilidad Deben ser solubles en la base lubricante para cualquier temperatura de funcionamiento dentro del rango normal. Igualmente no se deben volver insolubles ó parcialmente solubles durante el almacenamiento del aceite.
Insolubilidad Deben ser insolubles con el agua con el fin de que no sean "lavados" cuando el aceite se encuentre contaminado con ella.
Volatilidad Deben tener una baja volatilidad para que las moléculas más livianas del aceite no se evaporen cuando el aceite trabaje sometido a altas temperaturas y por lo tanto sea necesario restituir volúmenes apreciables de aceite.
Estabilidad Debe permanecer estable durante la mezcla, almacenamiento y uso.
Flexibilidad Sus propiedades físicas y químicas deben ser tales que permitan ampliar el rango de servicio y aplicación del aceite.

Aspectos que se deben tener en cuenta con los aceites aditivados

  • Un aceite industrial para reductores de velocidad, compresores, sistemas hidráulicos, etc., con un determinado paquete de aditivos, no se debe mezclar con un equivalente en otra marca, porque pueden presentarse incompatibilidades entre los aditivos del uno y del otro; en casos como estos en donde se requiera mezclarlos, es requisito indispensable primero hacer las pruebas de compatibilidad respectivas, las cuales están basadas principalmente en las propiedades anti-espumante, método ASTM D892 y anti-emulsionante, método ASTM D1401.
  • En el campo automotriz esta situación de incompatibilidad puede ser aún más crítica, no porque los aceites de este tipo dentro del mismo nivel de calidad API y entre las diferentes marcas sean incompatibles, sino porque puede presentarse la situación de que cuando el automovilista desprevenido llega a una estación de servicio a que le completen el nivel del aceite del motor de su vehículo, el operario le puede adicionar uno de un nivel de calidad API inferior ó superior al utilizado dando lugar a posibles incompatibilidades que pueden traer como consecuencia problemas de desgaste prematuro en las diferentes partes del motor.
  • Nunca se le deben añadir aditivos a un aceite que se encuentra en servicio con el fin de "mejorarle" algunas de sus propiedades porque estos aditivos pueden ser incompatibles con los que el aceite ya tiene dando lugar a que el aceite resultante pierda una ó varias de sus propiedades como la resistencia a la formación de espuma, demulsibilidad, etc. Los aditivos únicamente se pueden mezclar con la base lubricante, de acuerdo con la formulación del aceite previamente establecida por el fabricante del aceite y sólo durante su proceso de producción.
  • Los aditivos deben ser solubles en la base lubricante y el efecto que le confieren es específico para el aceite que se desea obtener; ó sea, que un aditivo que es efectivo en una base lubricante puede no serlo, al menos en el mismo grado en otra.

Tipos de aditivos

En la tabla No 2 se especifican los principales aditivos que se utilizan en los aceites.

Tipo de aditivo Descripción
Mejoradores de Índice de Viscosidad (IV) Su función es mejorar la relación viscosidad-temperatura del aceite, ó sea que la viscosidad del aceite cambie poco con las variaciones en la temperatura de operación. Este efecto también se puede obtener mediante la súper-refinación de la base lubricante ó por medio de procesos de síntesis de estructuras orgánicas específicas obteniendo los llamados aceites sintéticos.
Depresores del Punto de Fluidez Se emplean en los aceites parafínicos con el fin de poderlos utilizar a temperaturas mucho más bajas que si se estuviera utilizando la base lubricante sola.
Inhibidores de la oxidación Se utilizan para retardar la oxidación del aceite, aun cuando se esté utilizando una base lubricante apropiadamente refinada.
Inhibidores de la corrosión Protegen los metales no ferrosos, susceptibles a la corrosión por la acción de ácidos presentes en el aceite, los cuales pueden tener su origen en los ácidos orgánicos generados por la oxidación del aceite y/ó por los ácidos provenientes del proceso en el cual está involucrado el funcionamiento de la máquina.
Inhibidores de la herrumbre Se emplean para proteger las superficies ferrosas (hierro y acero) contra la formación de óxidos, cuando están expuestas al aire húmedo ó al contacto con el agua.
Antiemulsionantes Se utilizan para separar el agua del aceite cuando este contaminante está presente en el aceite.
Mejoradores del poder detergente-dispersante Se utilizan para lavar los depósitos como barnices, lacas, gomas y lodos que se forman en la cámara de combustión en los motores Diesel y a gasolina cuando se quema el combustible.
Antiespumantes Unen las burbujas de aire que se encuentran en suspensión en el aceite, produciendo puntos débiles en ellas lo que da lugar a que se revienten formando burbujas más grandes, las cuales suben más rápidamente a la superficie del aceite en el depósito liberando de esta manera el aire.
Antidesgaste Se utilizan para reducir la fricción sólida y el desgaste adhesivo cuando se tienen condiciones de película límite en el momento que un mecanismo que va a estar sometido a condiciones de lubricación fluida arranca ó para.
Extrema Presión Se utilizan en la lubricación de mecanismos que trabajan bajo condiciones de lubricación EHL.

Conclusiones


Los aditivos han permitido mejorar el nivel de desempeño de los aceites lubricantes logrando altas frecuencias entre cambios de aceite y reducir considerablemente el desgaste en los mecanismos lubricados. La mayor parte de los aceites utilizados en la actualidad contienen aditivos y los lubricantes vegetales han mejorado algunas de sus propiedades físico-químicas como la resistencia a la oxidación y una menor volatilidad por la adición de aditivos a la base lubricante. Aunque los lubricantes sintéticos contienen menos aditivos, no obstante se les agregan, con lo cual se logra formular lubricantes de alto rendimiento.

En la práctica, hasta donde sea posible, no es recomendable añadirle aditivos a un aceite que se encuentra en servicio por las incompatibilidades que se puedan presentar; en casos extremos cuando sea necesario hacerlo, antes de agregárselos es necesario hacerle las pruebas de compatibilidad ya que se puede afectar la propiedad que se desea mejorar en el aceite dando lugar al deterioro definitivo del aceite.

La nueva generación de aditivos


Una nueva generación de aditivos irrumpe en el mercado industrial y automotriz, son los denominados TRATAMIENTOS ANTI FRICCIÓN, aunque la denominación ADITIVO se sigue utilizando, no es correcta, ya que estos nuevos productos, en su mayoría, NO aditivan el aceite, su función principal es la de mejorar el comportamiento de la película lubricante sin alterar las propiedades físicas y químicas de los aceites.

En la década de los 80 empiezan hacer su aparición con la finalidad de conseguir mejores rendimientos y cambios de aceite mas prolongados.

Se pueden dividir en tres tipos.

  • Con componentes sólidos. se componen de aceite base + teflón, grafitos, siliconas, partículas metálicas en suspensión, etc. (generan capas y su uso se debe limitar a motores muy rodados)
  • Con parafinas de cloro. se componen de aceite base + parafinas de cloro. (su uso puede dar lugar a la corrosión y oxidación prematura de los motores)
  • Con destilados del petróleo y esteres. se componen de destilados del petróleo + esteres. (son los mas beneficiosos para el motor ,sus componentes son totalmente compatibles con los lubricantes, no generan capas y no son agresivos.

En la practica se deben de descartar productos que generen capa, así como los clorados, ya que pueden dar lugar a fallos estructurales en el motor.

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