Uma Breve História dos Dispersantes e Necessidades Futuras

Os dispersantes mantêm materiais insolúveis e fuligem suspensos no óleo para que possam ser removidos na próxima troca de óleo. Eles evitam a aglomeração de resíduos, causando depósitos ao redor do motor e reduzindo a eficiência operacional.  

Em motores a gasolina, a formação de lama sob condições de baixa velocidade, baixa temperatura e parada pode ser um problema. Materiais polares insolúveis em óleo e contaminantes se acumulam no óleo. Se não forem controlados, causam borra e verniz nas áreas mais frias do motor, criando problemas operacionais. 

Os dispersantes controlam o aumento da viscosidade causado pela formação de fuligem, principalmente em motores HDD, mas também em alguns motores a gasolina com injeção direta. A fuligem é criada durante o processo de combustão e penetra no óleo a granel, fazendo com que o óleo engrosse. 

Os motores a gás natural podem ser muito sensíveis aos níveis de cinzas lubrificantes. Eles vêm em vários designs e operam com uma ampla variedade de fontes de combustível. Lubrificantes com pouca ou nenhuma cinza dependem de dispersantes sem cinzas para fornecer o máximo controle de insolúveis e depósitos. 

Os fluidos de transmissão automática geralmente contêm algum nível de dispersão. Ricardo Bloch, engenheiro químico industrial aposentado baseado nos Estados Unidos, disse à Lubes'n'Greases que a função do dispersante é "manter as embreagens livres de detritos, dispersando os subprodutos da oxidação. Se as embreagens estiverem obstruídas ou envidraçadas, a transmissão não mudará a tempo. Esses fatores tornam esses dispersantes diferentes dos dispersantes do cárter". 

Química Dispersante

Os dispersantes convencionais são materiais orgânicos que consistem em uma cauda polimérica solúvel em óleo, geralmente poliisobutileno, e um grupo polar anexado. O grupo polar consiste em um grupo de ponte, geralmente anidrido maleico, e um grupo funcional normalmente baseado em nitrogênio. 

O tipo de dispersante convencional mais comum utiliza PIB como grupo solúvel em óleo. O peso molecular é uma variável chave para propriedades de dispersão. “O PIB é produzido por oligomerização de isobutileno e está disponível em uma variedade de pesos moleculares, de algumas centenas a dezenas de milhares”, disse Bloch.

“O grupo polimérico tem que ser solúvel em óleo, e o grupo polar tem que se ligar aos resíduos do óleo para que permaneça na solução petrolífera”, acrescentou. “Se o grupo alquil polímero for muito pequeno, o dispersante não será capaz de manter o material insolúvel disperso.” 

Para converter o PIB em dispersante, ele é enxertado com anidrido maleico (ponte) para formar anidrido poliisobutileno succínico. A reação com anidrido maleico pode ser “térmica”, utilizando PIB altamente reativo (HR-PIB) ou facilitada com cloro gasoso. Mais de um anidrido maleico pode ser adicionado a uma molécula de PIB para maximizar a funcionalidade por molécula.

PIBSA reage então com uma amina para dar funcionalidade. O tipo e o nível de nitrogênio da amina são outra variável e, em muitos dispersantes, esta é uma poliamina. Outras modificações, como a adição de boro, podem ser feitas para alterar as propriedades.

Modificadores de viscosidade de dispersantes são usados em algumas formulações de óleo de motor. Eles não usam um polímero PIB, mas sim um polímero padrão, como o copolímero de olefina, que reage com o anidrido maleico para se tornar funcional. Estes têm comprimentos de cadeia muito maiores do que os dispersantes convencionais.

Os polimetacrilatos dispersantes usam um monômero de metacrilato de alquila para criar um grupo polimérico solúvel em óleo. O grupo ácido carboxílico no monômero é usado como ponte para adicionar os grupos funcionais contendo nitrogênio. O grupo de ponte e a funcionalidade são regularmente ligados ao longo da cadeia polimérica.

As propriedades do dispersante PMA podem ser variadas através da escolha do monômero à base de metacrilato, do peso molecular do polímero, bem como do tipo e nível de nitrogênio do grupo amina funcional. Eles combinam o processo de melhoria das características de viscosidade do fluido com controle de dispersão. A tecnologia PMA VM é usada em fluidos de transmissão devido às suas excelentes propriedades de fluidez em baixa temperatura em relação a outros tipos de VM. Os PMAs podem ser combinados com o restante do pacote de aditivos em um único pacote de desempenho de transmissão estável.

Uma breve história dos dispersantes

Os dispersantes começaram a ser amplamente utilizados na década de 1950, além das tecnologias mais antigas de dialquilditiofosfatos de zinco e detergentes metálicos para lubrificantes de cárter. “Quando os carros percorriam distâncias curtas, ocorria a formação de lama, que foi melhorada com o uso de dispersantes PIBSA/PAM de baixo peso molecular”, disse Bloch.

O uso de dispersantes cresceu entre 1970 e 2000, particularmente em resposta à introdução do teste de motores de automóveis de passageiros Sequence V para lama e verniz de baixa temperatura. A tecnologia dispersante predominante baseava-se no PIB, que era clorado para adicionar anidrido maleico e depois reagia com aminas. “Os PMAs dispersantes foram introduzidos na década de 1960, seguidos pelos OCPs dispersantes no final da década de 1970.” Bloch disse. “Esses materiais eram bons para lidar com lama e verniz de baixa temperatura.”

Desde 2000, tem havido uma maior ênfase no tratamento da fuligem, uma vez que os motores diesel conquistaram uma maior quota de mercado nas vendas de automóveis de passageiros a nível mundial e os motores HDD criaram cargas de fuligem mais elevadas. “No final da década de 1990, a fuligem no diesel foi uma consequência da tentativa dos OEMs de controlar as emissões de NOX”, disse Rolfe Hartley, da Sangemon Consulting, com sede nos EUA, à Lubes’n’Greases. “A sincronização retardada do motor reduziu as temperaturas máximas de combustão, resultando em combustão incompleta e fuligem.”

Ele acrescentou: “A recirculação dos gases de escape resfriados (EGR) também foi usada para reduzir o NOX; no entanto, isso resultou na introdução de condensado altamente ácido no óleo, piorando o espessamento da fuligem”. 

A tecnologia dispersante de maior peso molecular foi desenvolvida e mostrou melhor capacidade de manuseio de fuligem. Os formuladores equilibraram os componentes dispersantes para cobrir lodo e verniz de baixa temperatura e manuseio de fuligem em temperaturas mais altas, resultando em maiores taxas de tratamento de dispersantes e misturas de dispersantes. 

Os dispersantes têm sido usados há algum tempo em óleos para cilindros marítimos de 2 tempos, embora a detergência tenha sido historicamente mais importante. 

O uso de dispersantes VM diminuiu em óleos de motor à medida que as volatilidades dos óleos básicos melhoraram com a introdução de óleos básicos API Grupo II e Grupo III e melhorias nos dispersantes convencionais. Os protocolos de teste do motor para o dispersante VM são complexos porque o nível de dispersão da formulação varia de acordo com a taxa de tratamento do VM para cada grau de viscosidade. A dispersão constante requer um nível fixo de VM dispersante e a adição de um segundo VM não dispersante para atingir um grau de viscosidade alvo.

Uma maior consciência ambiental em torno do teor de cloro residual em lubrificantes levou à introdução de limites de cloro em algumas especificações de lubrificantes OEM. “Os OEMs automotivos temiam que os compostos clorados no lubrificante pudessem dar origem a dioxinas nos gases de escape”, disse Trevor Gauntlett, consultor do Reino Unido, à Lubes’n’Greases. “As dioxinas são muito estáveis; muitas são persistentes, bioacumuláveis e tóxicas, sendo inclusive potentes cancerígenas.” 

Os dispersantes à base de HR-PIB foram necessários para atender a esses limites de cloro e também mostraram benefícios no desempenho premium do lubrificante do motor. Consequentemente, o HR-PIB teve um crescimento significativo na demanda, substituindo o PIB clorado por dispersantes.  

Requisitos futuros de dispersão

Os motivadores atuais para novos lubrificantes para cárter incluem a redução de emissões e a melhoria da economia de combustível. Os dispersantes não têm impacto significativo no hardware de controle de emissões, como catalisadores de exaustão e filtros de partículas, e não contribuem para as restrições químicas de cinzas sulfatadas, enxofre e fósforo. Portanto, são componentes benéficos em formulações com emissões restritas. A busca por óleos de baixa viscosidade para melhorar a economia de combustível é um desafio para os dispersantes, pois eles contribuem significativamente para o espessamento da viscosidade em baixas temperaturas. Os pesquisadores estão buscando manter os benefícios do controle de lodo, verniz e fuligem, ao mesmo tempo em que reduzem a contribuição polimérica para o espessamento da viscosidade. 

“Não há necessidade esperada de maior dispersão de baixa ou alta temperatura para novas especificações emergentes de automóveis de passageiros na América do Norte, dado o alto nível de proteção atual”, disse Steve Haffner, da SGH Consulting, com sede nos EUA, à Lubes’n’Greases. A utilização de motores diesel em automóveis de passageiros está em declínio significativo; os motores diesel representaram apenas 17% das vendas de automóveis novos na UE em 2021. 

“Os níveis de fuligem no óleo são muito reduzidos devido aos dispositivos de pós-tratamento dos gases de escape”, disse Hartley. “Níveis mais baixos de fuligem no óleo significam que não é necessário controle adicional de fuligem.” 

Uma área de foco crescente são os motores híbridos, que possuem um motor de combustão interna e um motor elétrico. A redução do tempo de operação do motor ou a operação em baixas temperaturas em híbridos podem criar problemas de condensação e lama, proporcionando oportunidades para um melhor controle de dispersão. 

Para HDD, Haffner disse que “espera-se que o nível de proteção atual seja igual ou melhor do que o que os OEMs precisam em seus novos motores, portanto, os dispersantes existentes ou versões mais otimizadas serão suficientes”. 

Hartley concordou. “As emissões de NOX são agora controladas pela redução catalítica seletiva por ureia, eliminando a necessidade de retardar a sincronização ou de usar EGR nos projetos de motores mais avançados”, disse ele. “Esses motores produzem menos fuligem no óleo, exigindo menos dispersão.” 

Hartley acrescentou: “A principal razão pela qual as taxas de tratamento de dispersantes no HDD permanecem altas é que elas devem ser compatíveis com versões anteriores de projetos de motores anteriores”.

A demanda por HR-PIB continua a crescer com o declínio significativo no uso de dispersantes clorados. Gauntlett comentou: "Para os fabricantes, existe a questão de que o próprio cloro é um gás tóxico altamente reativo, que pode causar irritação na pele, nos olhos e nas vias respiratórias em concentrações bastante baixas. Como reage com o ferro e alguns polímeros, requer equipamento especializado para transporte, armazenamento e fabricação."

O dispersante VM para cárter reduz a quantidade de dispersante convencional na formulação para aumentar a eficiência do combustível. No entanto, graus de viscosidade muito baixa requerem pouco ou nenhum VM, portanto a dispersão alcançável é baixa. A resistência dos clientes às VMs dispersantes permanece. Os produtos tendem a ser únicos, portanto a segurança do fornecimento é uma preocupação, juntamente com o estoque adicional de VM nas fábricas de misturas.

Para óleos de motores marítimos, a mudança para combustíveis com baixo teor de enxofre, o aumento do uso de tipos de destilados e novos designs de motores significam que o uso de dispersantes eficazes está ganhando importância. Isto precisa ser equilibrado com a necessidade contínua de detergência na formulação de novos produtos.

Para os ATFs, mais uma vez, a economia de combustível é um fator chave, juntamente com uma maior compatibilidade elétrica e de hardware nas transmissões elétricas. A viscosidade está se tornando muito baixa, limitando a necessidade e o possível uso de VM em transmissões eletrônicas.  No entanto, os PMAs dispersantes ainda podem desempenhar um papel na garantia de uma melhor proteção contra oxidação, potencialmente a um pequeno custo de maior condutividade elétrica. As propriedades de fricção também podem ser necessárias se a transmissão eletrônica tiver embreagens ou sincronizadores.  

ÓLEO DE AVIAÇÃO VICTORY® 100AW

ÓLEO DE MOTOR DE GRAU ÚNICO DISPERSANTE SEM CINZAS COM ADITIVO ANTIDESGASTE PARA MOTORES DE PISTÃO DE AERONAVES

Phillips 66® Victory Aviation Oil 100AW é um dispersante sem cinzas, óleo de motor de grau único pré-misturado com a concentração adequada de aditivo antidesgaste/antidesgaste (LW-16702) exigido pelos Boletins de Serviço Lycoming 446E e 471B e pela Instrução de Serviço 1409C. É recomendado para uso em motores de aeronaves de pistão oposto e radial, onde o desgaste do elevador de came é uma preocupação.

Existem dois tipos básicos de óleos de aviação aprovados pela FAA usados em motores de pistão de aeronaves de aviação geral.

1. Mineral direto

2. Dispersante sem cinzas (AD)

Muitos motores Lycoming usam óleo mineral puro para fins de “amaciamento” com um motor novo, reconstruído ou revisado. Os operadores devem então mudar para óleo AD após o “amaciamento” ter sido realizado. Nos motores que utilizam óleo mineral puro além do período normal de amaciamento (25 a 50 horas), uma troca posterior para óleo AD deve ser feita com cautela, pois depósitos de lama soltos podem obstruir as passagens de óleo. As telas de óleo devem ser verificadas após cada voo até que não apareçam mais coágulos de lama.

Os motores Lycoming que devem ser amaciados com óleo AD incluem todos os modelos turboalimentados, o O-320-H e o O/LO-360-E.

Como os óleos dispersantes modernos sem cinzas aprovados pela FAA já incluem aditivos que os tornam superiores ao óleo mineral puro, o uso de aditivos de óleo adicionais nos motores Lycoming tem sido muito limitado. O único aditivo aprovado pela Lycoming é o Lycoming número de peça LW-16702, um aditivo de óleo anti-riscagem e anti-desgaste. A política que rege o uso deste aditivo de óleo está descrita nas últimas revisões dos Boletins de Serviço 446 e 471 e na Instrução de Serviço 1409. Essas publicações aprovam o uso de LW-16702 para todos os motores alternativos Lycoming, exceto aqueles que utilizam uma embreagem do tipo fricção e um sistema de óleo de motor comum para a transmissão e o conjunto da embreagem. O uso do LW-16702 é necessário em determinados modelos de motores. Esses modelos são 0-320-H, O-360-E, LO-360-E, TO-360-E, LTO-360-E, TIO e TIGO-541.

O óleo de motor limpo é essencial para prolongar a vida útil do motor, e o filtro de óleo de fluxo total é uma melhoria adicional em relação aos métodos de filtragem mais antigos. Geralmente, a experiência de serviço mostrou que o uso de filtros de óleo externos pode aumentar o tempo entre as trocas de óleo, desde que os elementos filtrantes sejam substituídos a cada troca de óleo. No entanto, a operação em áreas empoeiradas, climas frios e onde são encontrados voos pouco frequentes com longos períodos de inatividade exigirá trocas de óleo proporcionalmente mais frequentes, apesar do uso do filtro de óleo.. O óleo e o elemento do filtro de óleo devem ser substituídos rotineiramente após cada 50 horas de operação do motor, e o filtro deve ser aberto para examinar o material preso no filtro em busca de evidências de danos internos ao motor. Em motores novos ou recentemente revisados, podem ser encontradas algumas pequenas partículas de aparas metálicas, mas estas não são perigosas. O metal encontrado após as primeiras duas ou três trocas de óleo deve ser tratado como uma indicação de que um problema sério está se desenvolvendo e uma investigação completa deve ser realizada. O filtro de óleo não remove contaminantes como água, ácidos ou lama de chumbo do óleo. Esses contaminantes são removidos trocando o óleo.

O filtro de óleo é ainda mais importante para motores de alta compressão ou maior potência. Alguns fabricantes de aeronaves tiveram bom sucesso com motores pequenos de quatro cilindros e de baixa compressão, sem usar um filtro de fluxo total. De modo geral, esses motores também são capazes de atingir a vida útil esperada para revisão, desde que o óleo seja trocado de forma consistente e a operação e a manutenção sejam realizadas de acordo com as recomendações do fabricante da fuselagem e do motor.

A última revisão da Instrução de Serviço Lycoming 1014 fornece recomendações para óleos lubrificantes, intervalos de troca de óleo e amaciamento do motor. Pilotos e mecânicos devem saber qual peso, tipo e marca de óleo está sendo usado no motor em manutenção. A cada troca de óleo, esta informação específica deverá ser registrada no diário de bordo do motor. Exceto como medida temporária em caso de emergência, óleos diferentes não devem ser misturados. A mistura indiscriminada e consistente de óleos pode criar problemas de alto consumo de óleo ou anéis de controle de óleo e telas de óleo entupidos.

O consumo de óleo é uma tendência de saúde do motor muito importante a ser monitorada. O operador e o pessoal de manutenção devem conhecer o histórico geral do consumo de óleo durante a vida útil do motor. É típico de um motor durante o assentamento de novos anéis de pistão que o consumo de óleo possa ser irregular ou alto; mas após o assentamento dos anéis, geralmente nas primeiras 25 a 50 horas, o consumo de óleo deve ficar abaixo dos limites máximos estabelecidos pelo fabricante. Mais tarde, durante a vida útil do motor, se houver um aumento perceptível no consumo de óleo dentro de um período de 25 horas, isso poderá ser um possível sinal de perigo e exige uma investigação. As telas de óleo e o filtro devem ser cuidadosamente observados quanto a sinais de metal. O pessoal de manutenção deve verificar a compressão dos cilindros, utilizando equipamento de pressão diferencial e também observar o interior dos cilindros com um boroscópio ou luz tipo pescoço de ganso para detectar quaisquer condições incomuns.