Máquinas de Barcos: Propiedades necesarias de un lubricante y el rol de los aditivos

Los aceites utilizados en la lubricación de maquinas o motores generalmente son formulados con mezclas de aceites básicos y aditivos, todos los cuales, en conjunto, imparten propiedades de reducción de desgaste y de la fricción.
La estabilidad de los lubricantes es afectada por el ambiente en el cual opera. Tales factores como la temperatura, potencial de oxidación y contaminación con agua, combustible no quemado, o ácidos corrosivos, limitan la vida útil del lubricante. Esta es el área donde los aditivos han hecho su mayor contribución en la mejora de las características del comportamiento y en extender la vida útil de los lubricantes.
Los aditivos se pueden clasificar como materiales que imparten nuevas propiedades o mejoran las existentes del lubricante base dentro de los cuales se incorporan.
Algunas de las propiedades necesarias más importantes para un desempeño satisfactorio de un lubricante son:
1. Baja volatilidad bajo condiciones de operación. Las características de volatilidad son inherentes a la elección del aceite de base para un tipo particular de servicio, y no pueden ser mejoradas por el uso de aditivos.
2. Características de flujo satisfactorias en el rango de temperatura a usar. Estas características dependen grandemente de la elección del aceite de base; sin embargo se pueden mejorar mediante el uso de depresores del punto de escurrimiento y modificadores de viscosidad. Los primeros mejoran las características de fluencia a bajas temperaturas, mientras que los últimos lo hacen con la viscosidad a alta temperatura.
3. Estabilidad superior o habilidad para mantener características deseables por un período razonable de uso. Mientras estas características dependen en un mayor grado del aceite de base, se asocian primordialmente con el agregado de aditivos, que mejoran las propiedades del aceite de base en esta área.
4. Compatibilidad con otros materiales del sistema. La compatibilidad de los lubricantes con sellos, rodamientos, embragues, etc., puede ser también parcialmente asociada con el aceite de base. Sin embargo, los aditivos químicos pueden tener una mayor influencia en tales características.

Tipos de aditivos para lubricantes

Detergentes (Dispersantes Metálicos)
Dispersantes libres de cenizas
Inhibidores de oxidación y corrosión de rodamientos
Antioxidantes
Modificadores de Viscosidad
Aditivos antidesgaste
Depresores del punto de escurrimiento

Detergentes
Aunque estos compuestos se llaman comúnmente detergentes, su función parece ser la de dispersar la materia particulada, antes que la limpieza de la suciedad.
Por lo tanto, es más apropiado categorizarlos como dispersantes.

Dispersantes
Un gran desarrollo en el campo de los aditivos fue el descubrimiento de los dispersantes sin cenizas. Estos materiales se pueden categorizar en dos grandes tipos: dispersantes poliméricos de alto peso molecular usados para formular aceites multigrado y aditivos de bajo peso molecular que se usan cuando no es necesaria una modificación de la viscosidad. Estos aditivos son mucho más efectivos que los tipos metálicos para controlar los depósitos de barros y barnices que resultan de una operación intermitente a baja temperatura de motores de gasolina.
Las causas mas comunes de pérdida de la dispersancia en el aceite de motor pueden ser:
Contaminación con líquido refrigerante
Cambio de aceite sobre-extendido
Contaminación por agua
Fuga de gases de combustión
Largos tiempos sin uso

Inhibidores de Oxidación y Corrosión
En aceites lubricantes, la reacción química que típicamente causa la degradación del básico y de los aditivos es la oxidación.
La presencia de contaminantes tales como el agua y ciertas partículas metálicas (de cobre, por ejemplo) en el aceite, pueden acelerar considerablemente el proceso de oxidación.
Otra causa de la aceleración de la oxidación es el aumento de temperatura de trabajo del aceite. La vida de un lubricante se reduce a la mitad por cada 10 °C de incremento en la temperatura. Este concepto se basa en la Regla de Tasa de Arrhenius, nombrada así en honor al químico suizo del siglo XIX Svante Arrhenius
Si ponemos como ejemplo la descomposición de los alimentos que es una reacción química similar a la oxidación del aceite y nos preguntamos ¿Por qué un refrigerador retarda la descomposición de los alimentos?. A temperatura ambiente, 25 °C, los alimentos se descomponen a una tasa 142 veces más rápida que a -15 °C. En otras palabras, en los alimentos, la velocidad de reacción en un congelador es mucho más lenta que a la temperatura ambiente.
La función de un inhibidor de oxidación es prevenir el deterioro del lubricante, asociado con el ataque del oxígeno. Estos inhibidores destruyen los radicales libres (rompedores de cadena) o interactúan con los peróxidos involucrados en el mecanismo de oxidación.
La corrosión de los metales de los cojinetes se considera generalmente que se debe principalmente a la reacción de los ácidos con los óxidos de los metales de los cojinetes. Durante la operación del motor, estos ácidos se originan por productos de la combustión incompleta del combustible, o por la oxidación del lubricante. Los inhibidores de oxidación pueden reducir esta tendencia significativamente.
Los detergentes pueden reducir la corrosión de los cojinetes neutralizando los ácidos corrosivos. Otros inhibidores no sólo inhiben la oxidación sino que forman una capa protectora sobre la superficie de los cojinetes, haciéndoles impenetrables al ataque de los ácidos.

Aditivos Antidesgaste
El desgaste es la pérdida de metal con el subsiguiente cambio en la luz entre las superficies móviles. Si continúa, resultará en un mal funcionamiento del equipo. Entre los principales factores causantes de desgaste son el contacto metal - metal, presencia de abrasivos, y ataque de ácidos corrosivos.
El contacto metal - metal puede ser prevenido adicionando compuestos formadores de capas que protejan la superficie, bien por absorción física o por reacción química.
El desgaste por abrasión se puede prevenir por la remoción de las partículas por filtración del aire que entra al motor, y del aceite.
El desgaste por corrosión resulta principalmente de los compuestos ácidos formados por la combustión. Este tipo de desgaste se puede prevenir usando aditivos alcalinos.
El desgaste por abrasión se puede prevenir por la remoción de las partículas por filtración del aire que entra al motor, y del aceite.
También la contaminación con agua, combinado con una alta temperatura de operación (por arriba de los 60°C), reacciona y destruye los aditivos antidesgaste conteniendo Zinc. Por ejemplo el Ditiofosfato de Zinc (ZDDP) es un lubricante de película límite que reduce el desgaste en bombas de alta presión, engranes y rodamientos. Cuando este aditivo se agota, el desgaste abrasivo se acelera rápidamente. Esto se presentará como fallas prematuras de componentes, resultantes de la fatiga del metal y otros mecanismos de desgaste.

Modificadores de Viscosidad
Los modificadores de viscosidad, o mejoradores del índice de viscosidad, como fueron conocidos en principio, comprenden una clase de materiales que mejoran las características de viscosidad/temperatura del lubricante. Esta modificación de las propiedades de los aceites base resultan en un incremento de la viscosidad a todas las temperaturas. El incremento en la viscosidad es más pronunciado a altas temperaturas, lo cual mejora sensiblemente el índice de viscosidad del lubricante.

Depresores del Punto de Fluencia
Los depresores del punto de fluencia previenen la congelación del aceite a bajas temperaturas. Este fenómeno se asocia con la cristalización de las ceras de parafina que están presentes en las fracciones de aceite mineral. Para lograr bajos puntos de fluencia, las refinerías eliminan los constituyentes que contienen ceras, los cuales solidifican a temperaturas relativamente altas, mediante un proceso conocido como "descerado". El descerado completo podría reducir el rendimiento del aceite a un nivel no económico. Por lo tanto el proceso de descerado se suplementa usando aditivos que bajan el punto de fluencia del aceite.