El sulfonato de calcio y el fenato de calcio son los dos detergentes sobrebasificados más utilizados en los aceites de motor. La diferencia radica en la cabeza polar: los sulfonatos fijan la micela a través de un grupo sulfonato (–SO₃), mientras que los fenatos lo hacen a través de los átomos de oxígeno del fenóxido de un alquilfenol sulfurizado y con puente de azufre. Esa diferencia estructural determina el límite máximo del TBN, el comportamiento frente a la oxidación y las aplicaciones naturales de cada uno.
A quién va dirigida esta guía: empresas de mezclado (blenders), compradores de aditivos y formuladores que eligen un sistema detergente para aceites de motor diésel de servicio pesado (HDDO), marinos o de gasolina.
¿Cómo se comparan, sobre el papel, el sulfonato de calcio y el fenato de calcio?
En la ficha técnica, el sulfonato de calcio alcanza un índice de base total (TBN) más alto con menos de la mitad de azufre, mientras que el fenato de calcio sacrifica la reserva de base a cambio de la actividad antioxidante del puente de azufre y una viscosidad mucho mayor.
| Propiedad | Sulfonato de calcio de alta base (C300) | Sulfonato de calcio sobrebasificado (C400) | Sulfonato de magnesio sobrebasificado (M400) | Fenato de calcio alquilado sulfurizado |
|---|---|---|---|---|
| TBN (mg KOH/g) | 320 | 415 | 420 | 265 |
| Contenido de metales | 12,5 % de Ca | 15,85 % de Ca | 10,0 % de Mg | 9,85 % de Ca |
| Azufre | 1,40 % | 1,45 % | — | 3,15 % |
| Viscosidad a 100 °C (mm²/s) | 45 | 100 | 110 | 250 |
| Posicionamiento TDS | Control equilibrado de herrumbre y acidez | Reserva de base máxima por unidad de dosificación | Reserva de base con menor contenido de cenizas | Control de depósitos a alta temperatura + actividad antioxidante |
Qué significa esto para su formulación: alcanzar el TBN objetivo del aceite acabado con un fenato de 265 TBN requiere una dosis de tratamiento mayor que con un sulfonato de 320-415 TBN, y aporta más del doble de azufre, lo que determina cuánto margen de azufre y cenizas sulfatadas queda para el ZDDP y el resto del paquete.
¿Por qué el fenato resiste la oxidación mientras que un sulfonato de alto TBN puede favorecerla?
Los puentes de azufre en un fenato sulfurizado capturan los intermedios de la oxidación, por lo que el detergente actúa también como un antioxidante suave. Los sulfonatos no aportan esa funcionalidad, y su sobrebase carbonatada puede, de hecho, acelerar la oxidación del aceite en condiciones severas.
Los datos de cribado de la era de la secuencia IIID (una prueba de oxidación para motores de gasolina de la década de 1970, retirada hace tiempo; mezclas con un solo aditivo, sin antioxidante) muestran la tendencia: el aceite de prueba sin aditivos se espesó aproximadamente un 1.100 % en 40 horas, el mismo aceite con sulfonato de calcio sobrebasificado, en un ~4.900 %; y con fenato de calcio alquilado, solo en un ~300 % (Huang Wenxuan, «Lubricant Additives» [Aditivos para lubricantes]). Fíjese en la tendencia, no en las magnitudes.
Nada de esto descarta a los sulfonatos: superan a los fenatos en solubilización y dispersión, protegen contra la herrumbre —los fenatos contribuyen poco o nada— y cuestan menos. Ambas composiciones químicas siguen dejando el control del hollín en manos del dispersante; fíjese en cómo los aditivos detergentes y dispersantes se reparten esa tarea.
Cuando el paquete de aditivos de un cliente se apoya en una gran dosis de sulfonato sobrebasificado, lo primero que señalamos es el margen de oxidación: añadir un antioxidante sin cenizas o incorporar fenato como codetergente.
From the labFormulating motor oil or transmission fluid? CheMost supplies the chemistry.View engine oil packages¿Qué detergente utilizan realmente los aceites para cilindros marinos y el HDDO?
El aceite para cilindros marinos es el bastión de los fenatos: nuestra ficha técnica (TDS) indica una dosis de tratamiento del 25-35 % en peso en este caso, donde la lubricación a pérdida total (once-through) debe neutralizar los ácidos de combustión con alto contenido de azufre y contener los depósitos en la zona de los anillos. El HDDO suele funcionar al revés: una estructura principal de sulfonato de aproximadamente un 2-4 % en peso para un TBN del aceite acabado de 7-10.
El contenido de azufre del combustible determina el objetivo de BN antes que la composición química (antecedentes: boletín de Chevron sobre el número base en aplicaciones marítimas). Las cartas de servicio de MAN abarcan un BN de 15-25 para el aceite de cilindros con combustibles con un contenido de azufre igual o inferior al 0,10 %, hasta un BN de 100-140+ para el HSFO por encima del 0,5 % — y advierten de que, cuando los depósitos en la zona superior del pistón (top land) aumentan con el VLSFO, el BN puede resultar simplemente demasiado alto: reduzca el caudal de alimentación o baje un grado.
Regla de decisión: parta del contenido de azufre de su combustible y del objetivo de TBN del aceite final; a continuación, compruebe los cálculos en una calculadora de contribución al TBN antes de preseleccionar la composición química. Cuando la reserva de base máxima por unidad de dosificación es importante —sistemas marinos de pistón de tronco, diésel de alto contenido de azufre para uso fuera de carretera—, un concentrado de sulfonato de calcio sobrebasificado de 415 TBN es el potenciador eficiente.
¿Es realmente necesario elegir entre ellos?
Normalmente no. Los paquetes comerciales de aceites de motor suelen combinar sulfonato y fenato para obtener una detergencia y un poder neutralizante óptimos (Bardasz y Lamb, cap. 19); los sistemas combinados también obtuvieron buenos resultados en un estudio publicado sobre mezclas.
Nuestra opción predeterminada para aplicaciones con HDDO: sulfonato de calcio sobrebasificado como estructura principal del TBN, y fenato sulfurizado como codetergente para los depósitos a alta temperatura y el control de la oxidación —no es una cuestión de «o uno u otro»—. Nuestra propia ficha técnica (TDS) del fenato se redacta de la misma manera: como codetergente junto con el sulfonato, no como rival.
Ambas vías —además de las opciones con magnesio y salicilato— forman parte de nuestra gama de detergentes y mejoradores de TBN.
Preguntas frecuentes
¿Es este el mismo sulfonato de calcio que se utiliza en las grasas?
Pertenece a la misma familia química, pero tiene una función diferente. Los sulfonatos de calcio altamente sobrebasificados son el punto de partida para las grasas complejas de sulfonato de calcio, en las que el núcleo de carbonato se convierte en espesante de calcita. Esta guía solo aborda su función como detergente en el aceite de motor.
¿El TBN 400 es un sulfonato o un fenato?
Casi siempre es un sulfonato. Los fenatos sulfurizados comerciales suelen alcanzar un TBN máximo de entre 250 y 300 —nuestro grado es de 265—, mientras que los sulfonatos de calcio y magnesio sobrebasificados alcanzan valores de entre 415 y 420. Una ficha técnica con un TBN de 400 indica una composición química de sulfonato sobrebasificado: C400 o M400.
¿Puedo sustituir el fenato de calcio por sulfonato de calcio en una proporción de uno a uno?
No. Con un TBN de 265 frente a los 320–415 de los sulfonatos de calcio de CheMost, el simple hecho de igualar la reserva de base ya modifica la dosis de tratamiento, y se pierde la actividad antioxidante del puente de azufre. Es necesario reequilibrar todo el sistema de detergente e inhibidor en lugar de sustituir un componente por otro sin más.
¿Un detergente con un TBN más alto siempre es mejor?
No. El TBN es una especificación a nivel de producto, no una clasificación: la misma composición química se comercializa en varios grados de TBN. Adapte la reserva de base al contenido de azufre del combustible y al intervalo de cambio de aceite; utilizar más BN del que necesita el combustible se traduce en depósitos, no en protección.
¿Dónde encaja el salicilato de calcio?
Los salicilatos constituyen la tercera vía: potente detergencia a alta temperatura con actividad antioxidante integrada, que a menudo se utiliza en sistemas con un único tensioactivo. Para estrategias de bajo contenido de cenizas o con un único detergente, comience con nuestro salicilato de calcio alquilado.
Acerca de esta guía. Los datos proceden de las propias fichas técnicas de CheMost; las afirmaciones sobre mecanismos y aplicaciones se citan a continuación. Suministramos ambas químicas y damos soporte al trabajo de formulación del cliente, previa solicitud. ¿Está dudando entre una estructura principal de sulfonato y un codetergente fenato? Solicite las fichas técnicas y muestras de ambos productos.
Referencias y normas del sector
- Bardasz, E. A. y Lamb, G. D., «Additives for Crankcase Lubricant Applications», en Rudnick, L. R. (ed.), Lubricant Additives: Chemistry and Applications, cap. 19.
- Nassar, A. M. et al., «Preparation and evaluation of the mixtures of sulfonate and phenate as lube oil additives», International Journal of Industrial Chemistry 8, 383–395 (2017).
- Chevron Marine Products, Base Number Technical Bulletin, 2020.
- MAN Energy Solutions, Service Letters SL2019-671 & SL2023-737 (orientación sobre el número base (BN) del aceite para cilindros).
- 黄文轩 (Huang Wenxuan), 润滑油添加剂 / Lubricant Additives — Datos de aumento de la viscosidad de la secuencia IIID.
- ASTM D2896, Standard Test Method for Base Number of Petroleum Products by Potentiometric Perchloric Acid Titration.
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