MOTORES MAS LIMPIOS CON DISULFURO DE

MOLIBDENO (MoS2) O GRAFITO

por: Dr. Ing. Wilfried J. Bartz - Ostfildern

Dr. Ing. Klauss Müller - Hannover

1.- INTRODUCCION

Desde hace bastante tiempo los lubricantes sólidos han sido recomendados como adición en el aceite para reducir aún más el desgaste de los motores. Últimamente se ha puesto más énfasis sobre la disminución del rozamiento con miras a una economía de combustible. De los resultados más recientes surge otro efecto positivo de los lubricantes sólidos, a saber, un mejoramiento de la limpieza interior de los motores. Este efecto fue examinado en profundidad, tomando en cuenta también la efectividad del estabilizante que se necesita para la confección de suspensiones estables de lubricantes sólidos. Los ensayos realizados con motores demostraron que el estabilizante posee propiedades dispersantes, además el MoS2 aumenta la resistencia antioxidante de los aceites para motores.

En el campo de los diferentes tipos de lubricantes, los lubricantes sólidos ocupan un lugar determinado. Es en el terreno de la lubricación límite, con pérdida de su acción por breve tiempo, en donde han logrado su éxito y posición casi monolítica, en la mayoría de los casos operando a temperaturas elevadas.

También se han destacado en los vehículos espaciales, es decir en el dominio de la lubricación por vida en el espacio. Además hay una franja marginal de la lubricación donde se pueden obtener soluciones técnica y económicamente óptimas con los lubricantes sólidos. En este conjunto cabe señalar la incorporación de MoS2 en cintas y pastillas de frenos, a fin de lograr coeficientes de rozamiento uniformes. También se logran buenos acabados de las superficies en el conformado en caliente. Asimismo el agregado de lubricantes sólidos a los aceites y grasas debe ser valorado muy positivamente.

Con frecuencia se aspira además a la adición de lubricantes sólidos a los aceites para motor. Sin embargo, la excelente calidad de los actuales aceites no deja un margen muy grande para la aplicación de los lubricantes sólidos. Recién en los últimos tiempos y debido al creciente encarecimiento de las materias primas, la gente se ha hecho más consciente del hecho de que también en el sector automotriz se pueden obtener notables ventajas mediante la lubricación por sólidos. Esto se refiere en primer lugar a la reducción del desgaste todavía obtenible, pero de los numerosos ensayos sobre el consumo de combustible y aceite surge también un ahorro sensible en los mismos.

En tal ocasión se observó otro efecto que merece ser examinado detenidamente. Fue posible demostrar que la aplicación de los lubricantes sólidos MoS2 y Grafito promueve la limpieza interior de un motor en varios lugares.

2.- RESULTADOS OBTENIDOS

En el marco de las investigaciones efectuadas en el Instituto para Investigaciones Petroleras con la finalidad de hacer resaltar el efecto útil de los aditivos para aceites de motor, se incluyeron también dispersiones con MoS2 incorporado, en el programa de ensayos. De una comparación directa con el aceite sin aditivos se desprendió que los aros del pistón denotaron un menor desgaste y el pistón mismo evidenció una mayor limpieza, ver Tabla 1 . Cuando se agregó al programa de ensayos una suspensión no comercial que incorporaba grafito, se confirmó esta tendencia. Más adelante se pudo saber que también los fabricantes de lubricantes sólidos habían iniciado programas de ensayos con miras a mejorar la limpieza de los pistones con la aplicación de sus productos. Comparando los resultados obtenidos con el motor Petter, fue posible demostrar el incremento en la limpieza del pistón, desde el aceite básico a través del agregado de un "paquete DD" hasta la adición de un lubricante sólido. Ver Fig. 1.

3.- RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

3.1.- FORMULACIONES

La efectividad de los lubricantes sólidos agregados a los aceites para motor, se logra mediante la suspensión uniforme de las partículas sólidas. Para esta finalidad se emplean estabilizantes en la formulación de los productos, constituidos en su mayoría por complejos orgánicos de alto peso molecular.

Para examinar la eficacia de los lubricantes sólidos en la limpieza de los pistones, se conceptuó conveniente valorar por separado los efectos del estabilizante y de lubricante sólido.

Los aceites modelo que se pueden apreciar en la Tabla 2 fueron preparados con un aceite de base 10W sin agregar el "paquete DD". Las suspensiones de los lubricantes sólidos empleados para los aceites D, E y F, fueron adquiridas ya mezcladas por el fabricante. Fueron agregadas en cantidad tal que se alcanzó un contenido de sólidos del 1%. El porcentaje de MoS2 se determinó mediante un método desarrollado especialmente para la determinación del contenido del MoS2 (DIN 0051379).

Tabla 2: Aceites modelo usados para valorar los efectos

del estabilizante y de los lubricantes sólidos.

La Tabla 3 revela con que buena confiabilidad puede determinarse el contenido de MoS2 en los aceites. También el aceite F que contiene grafito, fue sometido a este método de determinación pra demostrar que con este método el grafito no falsea el resultado.

La última columna de los valores fueron obtenidos con el método de terminación s/DIM 51592 (contenido de partículas no en solución). Los valores que en su mayoría parecen demasiado altos, obviamente tienen su explicación en la porción de aceite que quedó adherida al lubricante sólido y al filtro. El estabilizante usado consiste en sustancias muy resistentes al cizallamiento como surge de los valores de los aceites libres de sólidos obtenidos en la bomba Bosch (DIN 51382), Fig. 2.

 

3.2 MOTOR DIESEL MONICILINDRICO MWM

Puesto que es en los motores Diesel donde los aceites son exigidos más que en cualquier otro tipo de motor, una investigación de la actuació de los aditivos para aceites de motor tiene más relevancia si se efectúa sobre motores Diesel. El procedimiento A s/DIN 51361 para la determinación del estado de limpieza de los pistones con el uso de ciertos aceites de motor ha redundado en resultados muy confiables. En el Instituto para Investigaciones Petroleras un método acortado de 20 hs. en lugar de las 50 hs. prescriptas ha dado buenos resultados, pues ya con anterioridad se pudo demostrar que la formación de depósitos progresa en forma pareja en correspondencia con la duración de la marcha hasta aproximadamente 50 hs. y que los depósitos que se registran después del ablande son de una magnitud despreciable, Fig. 3.

Si se analizan los resultados obtenidos en el motor MWM con miras a determinar el efecto de los lubricantes sólidos sobre la limpieza de los pistones, surgen asimismo las propiedades dispersantes de los estabilizantes (paquete DD), inclusive en su comparación con los valores obtenidos para un aceite API-CC sin aditivos.

Fig. 4: Efecto de los lubricantes sólidos y estabilizantes sobre Depósitos en los pistones de un motor MWM. Duración de marcha: 20 horas.

 

3.3 MOTOR OTTO TIPO OPEL-KADETT

En los ensayos comparativos subsiguientes se determinó el comportamiento de los lubricantes sólidos en el motor mediante una mezcla de fórmula plena. Se trató de ensayos de 50 hs. cada uno efectuados con 5000 rpm y bajo plena carga sobre un motor Opel-Kadett en su versión normal. En estos ensayos el aceite que contenía MoS2 trajo aparejado un leve mejoramiento de la limpieza de los pistones, Fig. 5 . Lo que más llamó la atención fue el color de los depósitos. Mientras que el aceite con MoS2 incorporado produjo depósitos de tonalidad gris, se registró una tonalidad marrón con el aceite sin MoS2 . Se evidenció aquí a las claras que se redujo también el desgaste de los aros, en aproximadamente un tercio.

 

3.4 APARATO WOLF PARA FLEJES DE ENSAYO

Los aceites que fueron examinados en el motor MWM se emplearon también en el aparato Wolf. Los aceites sin aditivos sólidos arrojaron los mismos resultados que en el motor MWM, es decir, con mayor contenido de estabilizante se obtuvo un mejor fleje, Fig. 6. El agregado de MoS2 condujo a un mejoramiento sensible del aspecto del fleje, al tiempo que el aceite con grafito incorporado provocó depósitos notables sobre el fleje. Sin embargo, en este caso parte de los depósitos se debe al grafito precipitado.

 

DISCUSION DE RESULTADOS

Los resultados aquí presentados admiten interesantes interpretaciones.

Por ejemplo los estabilizantes empleados en la formulación de las suspensiones para lubricantes sólidos poseen propiedades dispersantes.

El efecto limpiador de los lubricantes sólidos, se pone de manifiesto con los aditivos dispersantes, según se desprende de los diferentes resultados obtenidos en los pistones de los motores MWM, Petter y Opel-Kadett.

En el equipo Wolf para flejes de prueba, aparato que en primer término valora la resistencia antioxidante de los aceites, se evidencia un mejoramiento inequívoco en los referidos flejes, cuando se utilizó Disulfuro de Molibdeno (MoS2).

De comprobaciones adicionales, obtenidas con el agregado de Disulfuro de Molibdeno (MoS2) en otro ensayo de oxidación a 150 ºC (ASTM D 2272) utilizando una bomba rotativa se posibilitó un incremento de la resistencia antioxidante con el agregado de este lubricante sólido. En esta última prueba, se mide cuanto tiempo se requiere hasta que la presión del oxígeno sobre la muestra de aceite en ensayo decline en un 25%. Este efecto fue confirmado tanto en un aceite monogrado (Fig. 7 ) como con un aceite multigrado 20W-50 (Fig. 8 ).

5. COMENTARO FINAL

Desde hace bastante tiempo se usan lubricantes sólidos para la formulación de aceites de motor, con la finalidad de reducir el desgaste en conjunción con el intento de hacer bajar el consumo de combustible, mediante una reducción del rozamiento del motor; estos objetivos dieron lugar a un crecimiento en la proporción de aceites para motor con lubricantes sólidos incorporados.

Un tratamiento de los aceites con el estabilizante empleado para la formulación de las suspensiones de lubricantes sólidos, motivó un efecto secundario traducido en una mejora del efecto limpiador. Los ensayos efectuados sobre los motores utilizados en este estudio, confirman esta tendencia.

Por su parte, el comportamiento de estos estabilizantes mejoró las propiedades dispersantes de los aceites. el Disulfuro de Molibdeno (MoS2 ) aumenta la resistencia antioxidante de los aceites, como se constató en ensayos de oxidación, donde este efecto resultó efectivo en conjunción con los aditivos ("Paquete DD"). Esto requiere que los estabilizantes sean agregados en cantidades bien determinadas, de lo contrario los resultados pueden tener un menor efecto ( Fig.9).

Damos las gracias a las Empresas Acheson Colloiden de Scheemda, Holanda y Dow Corning GmbH de Munich Alemania por el apoyo prestado en forma de suministro de las substancias, discusiones concedidas y entrega de resultados.

LONG-LIFE AND LIFE-TIME LUBRICATION

POSSIBILITIES AND LIMITATIONS

Sr. W. J. Bartz

LUBRICATION ENGINEERING, Organo de la STLE (SOCIETY OF TRIBOLOGISTS AND LUBRICATION ENGINEERS)

RESUMEN DEL ESTUDIO

Se citan en este trabajo las condiciones de Lubricación por Tiempo Prolongado (Long-Life Lubrication) y Lubricación por Vida (Life-Time Lubrication), evaluando sus posibilidades en función de los lubricantes y elementos -que el Autor denomina Contactos de Fricción (Frictional Contacts)- constituidos por diversos materiales indicados en la Tabla 2.

Dentro de este sistema (Contactos de Fricción) que comprende también, motores de camiones y automóviles, turbinas, motores de embarcaciones, motores estacionarios, mecanismos de encendido de cohetes, etc. (Ver Tabla 1), cobra significativa importancia el Disulfuro de Molibdeno (MoS2) que continua manteniendo su carácter de Líder en el actual desarrollo de la Lubricación por Sólidos. Esta condición surge de la evaluación realizada por el Dr. Bartz (Ver Tabla 3), donde se compara la capacidad de carga del MoS2 en comparación con el Grafito y el Teflón (PTFE), dos de los más conocidos Lubricantes Sólidos usados en la actualidad.

Por su parte en el punto Contactos de Fricción con Depósitos de Películas Lubricantes Sólidas (Frictional Contacts with Bonded Solid Lubricant Films) preconiza las propiedades de autolubricación, posibilitadas por el empleo de lacas Lubricantes a base de Lubricantes Sólidos. En su opinión estas películas permiten alcanzar el grado de Lubricación por Vida (Life-Time Lubrication), condición que surge de los resultados alcanzados en diversos Tests, encaminados por los Dres. W. J. Bartz, R. Holinski (Dow Corning GmbH) y J. Xu.

Las investigaciones realizadas, apoyan esta teoría cuyas aplicaciones comprenden las Areas de Transporte, Ingeniería de Precisión, Productores de Energía, Tecnología Aeroespacial, etc. Entre ellas cabe citar "Life-Time Lubrication of Equipement in Automobiles" editadas en Automotive Lubrication y 7th Int'1. Collop (1990) cuyos Autores -junto con el Dr. W. J. Bartz- son los Dres. P. Lonsky y M. Petermann de Dow Corning GmbH Alemania.

También el Dr. W. J. Bartz comenta -en forma genérica- el comportamiento de Aceites Minerales (Figura 1), Aceites Sintéticos (Figura 2), Grasas Lubricantes (Figura 3 y Figura 4). Igualmente en la Figura 5 el Diagrama ilustra sobre factores de desgaste para diferentes materiales de cojinetes y sus posibilidades de lograr condiciones de Lubricación por Vida (Life-Time Lubrication).

RESUMIENDO: para lograr condiciones de "Long-Life Lubrication" o "Life-Time Lubrication" se requiere contar con materiales apropiados, cuya vida útil se encuentre en condiciones de asegurar no se produzcan desgastes o alteraciones que comprometan los resultados finales esperados. Los ensayos encaminados por el Dr. W. J. Bartz para la preparación de este informe, ponen de manifiesto que con el uso del Disulfuro de Molibdeno se logra el objetivo buscado.