Desfômetros, Dispersantes e Detergentes em Lubrificantes: Um Guia Completo

Os aditivos podem melhorar, suprimir ou adicionar novas propriedades aos óleos. Antiespumantes, dispersantes e detergentes não são exceções. Este trio de aditivos pode ser encontrado na maioria dos lubrificantes acabados, embora em proporções variadas.

Vamos discutir as principais diferenças entre esses três, por que cada um é tão importante e formas de confirmar sua presença.

Qual é a diferença?

Embora sejam todos aditivos (que começam com a letra D), suas funções são distintamente diferentes. Todos eles trabalham para proteger o óleo de vários tipos de contaminantes.

Por exemplo, os antiespumantes reduzem as bolhas de ar no óleo. Ao mesmo tempo, os detergentes mantêm as superfícies metálicas limpas e os dispersantes encapsulam os contaminantes para que fiquem suspensos no lubrificante.1 Isto é ilustrado na Figura 1.

Do nosso último artigo sobre aditivos lubrificantes – Um Guia Abrangente, aqui estão algumas descrições detalhadas de como cada um desses aditivos funciona.

Antiespumantes

Quando se forma espuma no lubrificante, pequenas bolhas de ar ficam presas na superfície ou no interior (chamadas de espuma interna). Os antiespumantes atuam adsorvendo-se na bolha de espuma e afetando a tensão superficial da bolha. Isto causa coalescência e rompe a bolha na superfície do lubrificante1.

Para a espuma que se forma na superfície, chamada de espuma superficial, são utilizados antiespumantes com menor tensão superficial. Eles geralmente não são solúveis em óleo base e devem ser finamente dispersos para serem suficientemente estáveis, mesmo após armazenamento ou uso prolongado.

Por outro lado, a espuma interna, que consiste em bolhas de ar finamente dispersas no lubrificante, pode formar dispersões estáveis. Os antiespumantes comuns são projetados para controlar a espuma superficial, mas estabilizar a espuma interna2.

Dispersantes

Por outro lado, os dispersantes também são polares e mantêm contaminantes e componentes insolúveis do óleo suspensos no lubrificante. Eles minimizam a aglomeração de partículas, o que por sua vez mantém a viscosidade do óleo (em comparação com a coalescência das partículas, que leva ao espessamento). Ao contrário dos detergentes, os dispersantes são considerados isentos de cinzas. Eles normalmente trabalham em baixas temperaturas operacionais.

Detergentes

Detergentes are polar molecules that remove substances from the metal surface, similar to a cleaning action. However, some detergents also provide antioxidant properties. The nature of a detergent is essential, as metal-containing detergents produce ash (typically calcium, lithium, potassium, and sodium)1.

Os antiespumantes são necessários?

Antiespumantes, also called antifoam additives, are found in many oils. Most oils need to keep foam levels to a minimum, and it is very easy for foam to form in lube systems due to their design and flow throughout the equipment.

Quando a espuma entra no óleo, ela pode afetar sua capacidade de fornecer lubrificação superficial adequada. Isso pode levar ao desgaste ao nível da superfície, danificando o equipamento.

Muitos óleos requerem antiespumantes para desempenhar diversas funções e em proporções diferentes, dependendo da sua aplicação. Em fluidos de transmissão automática (ATFs), os antiespumantes são geralmente necessários em concentrações de 50-400 ppm para evitar formação excessiva de espuma e entrada de ar3. Por outro lado, para fluidos de transmissão manual e lubrificantes de eixos, são necessários antiespumantes em concentrações ligeiramente mais baixas, entre 50 e 300 ppm.

No entanto, os OEMs devem verificar essas concentrações. Se a concentração de antiespumantes for muito alta, isso pode aumentar a formação de espuma. Além disso, os antiespumantes devem ser adequadamente balanceados com outros pacotes de aditivos para garantir que não neutralizem negativamente outro aditivo.

Existem dois tipos principais de antiespumantes: antiespumantes de silicone e antiespumantes sem silicone. Os antiespumantes de silicone são considerados os antiespumantes mais eficientes, especialmente em baixas concentrações, em torno de 1%. Esses antiespumantes são normalmente pré-dissolvidos em solventes aromáticos para fornecer uma dispersão estável.

No entanto, existem duas desvantagens significativas associadas aos antiespumantes de silicone. Devido à sua insolubilidade, eles podem facilmente sair do óleo e ter uma poderosa afinidade com superfícies metálicas polares.

Por outro lado, os antiespumantes sem silicone são outra alternativa, especialmente para aplicações que requerem lubrificantes sem silicone. Tais aplicações incluem fluidos metalúrgicos e hidráulicos, que são utilizados próximo aos isentos de silicone, e até mesmo aqueles envolvidos na aplicação de tintas ou lacas nessas peças.

Alguns antiespumantes sem silicone incluem poli(etilenoglicol)s (PEG), poliéteres, polimetacrilatos e copolímeros orgânicos. O tributilfosfato também é outra opção para antiespumantes4.

Por que os dispersantes são importantes?

Muitas vezes, detergentes e dispersantes são agrupados principalmente porque as suas funções podem complementar-se. Conforme observado acima, a diferença significativa é que os dispersantes não contêm cinzas, enquanto os detergentes são compostos que contêm mais metais.

No entanto, alguns dispersantes sem cinzas também oferecem propriedades de “limpeza”, portanto os dois não são mutuamente exclusivos.

Uma grande cauda de hidrocarboneto oleofílica e um grupo de cabeça hidrofílica polar podem categorizar detergentes e dispersantes. Normalmente, a cauda solubiliza no fluido base enquanto a cabeça é atraída pelos contaminantes do lubrificante.

As moléculas dispersantes envolvem os contaminantes sólidos para formar micelas, e as caudas apolares impedem a adesão dessas partículas às superfícies metálicas, de modo que elas se aglomeram em partículas maiores e parecem suspensas.

Os dispersantes sem cinzas são, por definição, aqueles que não contêm metal e são normalmente derivados de polímeros de hidrocarbonetos, sendo os mais populares os polibutenos (PIBs).

Por exemplo, os dispersantes são normalmente necessários em concentrações de 2 a 6% nos ATFs e são usados para manter a limpeza, dispersar o lodo e reduzir o atrito e o desgaste3. Esses valores em fluidos de transmissão manual e lubrificantes de eixos variam de 1 a 4%.

Os detergentes realmente limpam?

Tradicionalmente, os detergentes recebiam este nome porque se presumia que proporcionavam propriedades de limpeza ao óleo, semelhantes às dos detergentes para a roupa. No entanto, estes compostos contendo metais também fornecem uma reserva alcalina usada para neutralizar a combustão ácida e os subprodutos da oxidação.

Devido à sua natureza, estes compostos dispersam partículas, como desgaste abrasivo e partículas de fuligem, em vez de removê-las (numa ação de limpeza). Existem quatro tipos principais de detergentes: fenatos, salicilatos, tiofosfato e sulfonatos4.

Fenatos de cálcio são o tipo mais comum de fenato. Eles são formados pela síntese de fenóis alquilados com enxofre elementar ou cloreto de enxofre, seguida de neutralização com óxidos ou hidróxidos metálicos. Estes fenatos de cálcio têm boas propriedades dispersantes e possuem um maior potencial de neutralização de ácidos.

Salicilatos possuem propriedades antioxidantes adicionais e eficácia comprovada em formulações de óleo para motores diesel. São preparados através da carboxilação de fenóis alquilados com posterior metátese em sais metálicos divalentes. Esses produtos são então superbaseados com excesso de carbonato metálico para formar detergentes altamente básicos.

Tiofosfonatos raramente são usados hoje em dia, pois são um produto excessivamente baseado.

Sulfonatos geralmente têm excelentes propriedades anticorrosivas. Os sulfonatos neutros (ou superbaseados) possuem excelente potencial detergente e neutralizante. Estes sulfonatos neutros são tipicamente formados com óxidos ou hidróxidos metálicos dispersos coloidalmente.

Os sulfonatos de cálcio são relativamente baratos e têm bom desempenho. Por outro lado, os sulfonatos de magnésio apresentam excelentes propriedades anticorrosivas, mas podem formar depósitos de cinzas duras após a degradação térmica, levando ao polimento do furo nos motores. Os sulfonatos de bário não são utilizados devido às suas propriedades tóxicas.

Detergentes in ATFs are used in concentrations of 0.1-1.0% for cleanliness, friction, corrosion inhibition, and reduction of wear3. However, these values are a bit higher in manual transmission fluids, at 0.0 – 3.0%. On the other hand, no detergents are required for axle lubricants!

O que acontece quando esses aditivos se esgotam?

Para os três aditivos de que falamos anteriormente, cada um deles é sacrificial de uma forma ou de outra. 

Antiespumantes get used up when they are called upon to reduce the foam in the oil. On the other hand, detergents and dispersants use their characteristics to suspend contaminants in the oil.

Em todos estes cenários, cada um destes aditivos pode ser considerado esgotado ao longo do tempo. Durante o desempenho de suas funções, eles sofrerão reações que reduzirão sua capacidade de desempenhá-las mais de uma vez.

Portanto, pode-se concluir que estes aditivos se esgotam com o tempo, embora possam não ter saído fisicamente do óleo, mas agora existem numa forma diferente.

A propriedade de liberação de ar do óleo é afetada pela perda de antiespumantes. Este valor terá um aumento significativo, indicando que leva mais tempo para o ar ser liberado do óleo. Como tal, o ar permanece no óleo no estado livre, dissolvido, arrastado ou espumoso.

Conseqüentemente, isso afeta a capacidade do óleo de lubrificar adequadamente os componentes e pode até resultar em microdiesel e aumento da temperatura do óleo no cárter.

Por outro lado, à medida que os detergentes e dispersantes são reduzidos, a capacidade do óleo de reter contaminantes também diminui.

Portanto, começará a notar-se que podem começar a formar-se depósitos no interior do equipamento, levando ao emperramento das válvulas (especialmente em sistemas hidráulicos) ou a um aumento geral da temperatura do sistema, uma vez que estes depósitos podem reter calor.

Com a introdução de uma temperatura elevada, o óleo pode começar a oxidar, levando à formação de mais depósitos e possivelmente até verniz.

Essencialmente, estes aditivos são essenciais para a saúde do óleo no seu sistema. Os detergentes e dispersantes podem ajudar a manter o sistema limpo (livre de contaminantes como fuligem).

Os antiespumantes podem até reduzir o risco de desgaste, aumento de temperaturas no sistema de lubrificação, potencial formação de verniz ou possibilidade de sucumbir ao microdiesel.

Bruno Defelippe, do Paraguai, está confuso sobre óleos minerais.

“Não são todos os óleos de motor ‘óleos minerais’?” ele pergunta. “Qual é a diferença com ‘óleos não minerais’ – se existirem.”

Como tantas coisas na aviação – e na vida – a resposta é “bem, mais ou menos, mais ou menos, sim”. Todos os óleos de motor são óleos minerais.

O problema aqui é que cada setor, região do país e profissão tem sua própria linguagem e terminologia.

Há muitos anos, proferi uma palestra para um grupo que incluía vários médicos. Após a palestra, um deles comentou que tinha um motor novo em seu avião e não sabia que poderia ir até a farmácia do hospital e simplesmente pegar um pouco de óleo mineral para seu motor.

Depois de me acalmar, expliquei que o óleo mineral na aviação geral se refere a um produto que atende à especificação Mil-L-6082E/SAE 1966 para óleos de aviação.

Normalmente usado para o processo de amaciamento de alguns motores de pistão de aeronaves, é basicamente apenas estoques de base mineral com quase nenhum aditivo (exceto por uma pequena quantidade de antioxidante e depressor de ponto de fluidez). 

A teoria por trás do uso de óleo mineral para amaciamento de motores novos ou revisados é que, sem aditivos de limpeza dispersantes sem cinzas, mais partículas metálicas de desgaste das peças novas permanecem na área da correia de anéis e atuam como compostos de polimento para desgaste nos novos cilindros e conjuntos de anéis.  

A outra classificação para óleos para motores de pistão de aviação é a especificação Mil-L-22851D/SAE 1899 para óleos que são normalmente chamados de AD ou óleo dispersante sem cinzas. Esses produtos geralmente são apenas produtos de óleo mineral com a adição de um dispersante sem cinzas para melhorar a limpeza.

A exceção aqui são os óleos multigraduados semi ou parcialmente sintéticos que são misturados com alguns óleos básicos não minerais.

Muitas pessoas chamam erroneamente os óleos AD de óleos detergentes - e isso funciona na comunidade da aviação, onde existem apenas as duas especificações de óleo para óleos de motor de pistão de aeronaves certificados.

Mas está incorreto quando se trata de outras classificações de óleos. No mundo dos lubrificantes, um óleo detergente é aquele que contém um detergente do tipo cinza ou de base metálica, em oposição a um dispersante sem cinzas. A diferença parece pequena, mas há uma diferença significativa no motor.

Em um motor de aeronave, um óleo detergente tipo cinza acumulará depósitos no motor, o que provavelmente levará à pré-ignição e provavelmente destruirá o motor.  

Que óleo devo usar para amaciar o motor da minha aeronave?

Então, que óleo você deve usar para amaciar um motor novo? A resposta varia dependendo de qual empresa fabricou ou reconstruiu seu motor e das recomendações dessa empresa.

Por exemplo, a Continental recomenda o uso de óleo mineral que atenda à especificação Mil-L-6082/SAE 1966 em todos os seus motores. Mas a Lycoming recomenda usar um óleo AD que atenda à especificação Mil-L-22851/SAE 1899 para amaciamento em seus motores turboalimentados e óleo mineral para amaciamento da maioria dos motores de pistão não turbo. Existem também algumas recomendações diferentes para determinados modelos, como a série de motores O-320H da Lycoming. 

Além disso, várias oficinas de reconstrução de motores e cilindros têm suas próprias recomendações.

Então, qual é o resultado final das recomendações sobre petróleo?

Sempre verifique com as pessoas que construíram seu motor as recomendações de amaciamento e siga essas recomendações de perto. 

Peça também recomendações sobre qual óleo usar após o amaciamento e os intervalos de troca de óleo recomendados. 

Apenas - e quero dizer apenas - use óleos que atendam às especificações Mil/SAE recomendadas.

Última dica: sempre monitore e ajuste a temperatura do óleo para que fique em torno de 180°F ou mais durante o cruzeiro. À medida que o óleo passa pelo motor, ele fica até 50° mais quente do que o indicado. Se a sua temperatura estiver bem abaixo de 180° você não irá ferver a água e se estiver bem acima de 180° você pode causar coqueificação do óleo.  

Esta especificação MIL-L-22851 estabelece os requisitos para óleos lubrificantes contendo aditivos dispersantes sem cinzas para serem usados em motores de aeronaves de pistão alternativo com ciclo de quatro tempos. Esta especificação foi cancelada. Substituído por SAE-J1899.

Especificação Mil