clasificación viscosimétrica de lubricantes

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1 Edición 3 07/12 clasificación viscosimétrica de lubricantes Contenido del Boletín Lubricantes para motores de combustión interna Clasificación SAE de viscosidad para lubricantes de motor de combustión interna. A baja temperatura A alta temperatura

2 2 Lubricantes para motores de combustión interna Generalmente, todo equipo mecánico para su óptimo desempeño debe ser lubricado con el propósito primordial de reducir la fricción y el desgaste. Si estos factores no son controlados, se puede presentar una baja eficiencia en la operación, daños en los sistemas críticos y finalmente el deterioro del equipo. En este sentido, la viscosidad de los aceites lubricantes es fundamental, debido a que en la mayoría de los casos, es la que determina la capacidad del producto para formar una película lubricante entre las superficies en movimiento relativo, para mantenerlas separadas y minimizar así el contacto entre estas. A través del tiempo, el concepto de la viscosidad (definida como la resistencia interna que opone cualquier fluido a fluir bajo la acción de una fuerza externa, entiéndase gravedad o esfuerzo de corte), como la propiedad de mayor importancia en los aceites lubricantes, propició el desarrollo de muchas metodologías para su determinación y, paralelamente, diversos sistemas de clasificación con base en la misma. Comenzaremos con la clasificación establecida por la Sociedad de Ingenieros Automotrices de los Estados Unidos (SAE en ingles) para los lubricantes desarrollados para motores de combustión interna (diesel, gasolina y gas). Clasificación SAE de viscosidad para lubricantes de motor de combustión interna Esta clasificación de lubricantes está definida según la especificación SAE J-300 (ver Tabla 1) y en la actualidad contempla 11 grados de viscosidad enmarcados en dos diferentes grupos. En el primero de ellos, los grados de viscosidad (números) van acompañados por la letra W, haciendo referencia a la estación climatológica de invierno ( Winter, en inglés) y se basan en el cumplimiento de requerimientos de comportamiento a baja y a alta temperatura, como son:

3 3 A baja temperatura La capacidad del lubricante para permitir el fácil arranque del motor bajo condiciones de bajas temperaturas, en virtud de su poca resistencia al movimiento o baja viscosidad dinámica a altos esfuerzos la cual es evaluada con el ensayo ASTM D , Método de Ensayo Estándar para determinar la Aparente de Aceites de Motor entre -5 y -35 C, Utilizando el Simulador de Arranque en Frío (Standard Test Method for Apparent Viscosity of Engine Oils Between -5 a -35 C Using the Cold-Cranking Simulator). Este ensayo se correlaciona con el fenómeno que se presenta en el cigüeñal de un motor de combustión interna cuando este gira dentro de la película de aceite durante el arranque a bajas temperaturas. La capacidad del lubricante para fluir a través de la bomba de aceite a bajas temperaturas, de manera de lograr una adecuada lubricación en las partes más críticas del motor, en virtud de su baja viscosidad dinámica a pequeños esfuerzos evaluada con el ensayo ASTM D , Método de Ensayo Estándar para Determinar el Esfuerzo de Corte y la Aparente de Aceites para Motor a Bajas Temperaturas (Standard Test Method for Determination of Yield Stress and Apparent Viscosity of Engine Oils at Low Temperature). Cuando un aceite es enfriado, la velocidad y duración del enfriamiento afectan el esfuerzo de corte y la viscosidad. En este ensayo el aceite se enfría lentamente en un rango de temperatura en el cual ocurre cristalización de ceras. Esto simula que si el aceite no tiene una apropiada viscosidad, este no pueda ser succionado por la bomba y de ahí que no pueda llegar a los componentes del motor que deben ser lubricados. Se cree que esta falla ocurre por la formación de una estructura tipo gel que da como resultados un elevado esfuerzo una alta viscosidad, o ambos. La propiedad del lubricante para garantizar a altas temperaturas, una película fluida entre las partes en movimiento, con un requisito mínimo de viscosidad cinemática a 100 C (ASTM D ). Comparación de la habilidad de flujo de varios lubricantes para motor de diferentes grados de viscosidad, luego de ser sometidos a un enfriamiento durante la noche a -35º C

4 4 A altas temperaturas En el otro grupo, los grados de viscosidad no van acompañados de letras y se basan a diferencia del anterior, en el cumplimiento de requerimientos de comportamiento sólo a altas temperaturas, como son: La propiedad del lubricante para garantizar a altas temperaturas, una película fluida entre las partes en movimiento, con un intervalo viscosidad cinemática a 100 C para cada grado en particular, (ASTM D ), Método de Ensayo Estándar para Determinar la Cinemática de Fluidos Opacos y Transparentes (Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids). La capacidad del lubricante para proporcionar una película fluida entre las superficies en movimiento a las temperaturas de operación de los motores, sin incurrir en el detrimento del comportamiento por el uso de productos con excesiva viscosidad. La cualidad del lubricante para generar un adecuado espesor de película a alta temperatura y altos esfuerzos de corte (ASTM D-4683 y D-4741), Método de Ensayo Estándar para Determinar la a Alta Tasa de Corte y Alta Temperatura por el Simulador de Cojinete Cónico y Método de Ensayo para Determinar la a Alta Tasa de Corte y Alta Temperatura por medio del Viscosímetro de Tapón-cónico Standard Test Method for Measuring Viscosity at High Shear and High Temperature by Tapered Bearing Simulator y Standard Test Method for Measuring Viscosity at High Shear and High Temperature by Tapered-Plug Viscometer). El primero se correlaciona con las condiciones que se encuentran en los cojinetes de bancada de un motor de combustión interna operando en condiciones severas. El segundo representa las condiciones de alta temperatura y alto corte que se presentan en un motor de combustión interna, sin tener en cuenta las presiones. En la Tabla 1 para el SAE 40 se presentan dos valores. Uno para los grados que pueden utilizar la marca que los identifica como aceites para economía de combustible o servicio liviano (gasolina) y el otro para servicio pesado (diesel). Cuando un lubricante es analizado para cumplir con uno de los requisitos de la tabla, es decir, baja temperatura (W, winter, invierno) o alta temperatura (summer, verano), se dice que este aceite es un monogrado. Por otro lado, cuando un aceite cumple con ambos requisitos de la tabla, se dice que es multigrado (por ejemplo: SAE 10W-30).

5 Es decir, este aceite se comporta como un SAE 10W a bajas temperaturas y como un SAE 30 a altas temperaturas. Para lograr este comportamiento, los aceites multigrados suelen ser formulados con aditivos que le permiten fluir a bajas temperaturas evitando la formación de geles o ceras, denominados Depresores de Punto de Fluidez (PPD en inglés), y aditivos que le mejoran el índice de viscosidad (IV, relación del cambio de viscosidad por efecto de la temperatura) para poder mantener la viscosidad a altas temperaturas, llamados Mejoradores del Índice de (VII en inglés). En algunos países tropicales existe la creencia de que por no existir cambios de temperatura extremos, solamente se deben usar aceites monogrados y no multigrados. Esto podría aplicar para aquellos motores estacionarios que generalmente operan a velocidades y cargas constantes, siendo los más usados los SAE 30 y 40. En aplicaciones marinas, para motores de grandes cilindradas, se pueden encontrar algunos fabricantes de equipos que recomiendan SAE 60 para la lubricación de los cilindros de dichos motores. En la actualidad, la mayoría, si no todos, los fabricantes de motores a gasolina y diesel recomiendan el uso de aceites multigrados por las ventajas que presentan en cuanto a economía de combustible y consumo de aceite, entre otros. 5 Grado de viscosidad SAE de arranque a bajas temperaturas ºC, cp Máx GRADOS DE VISCOSIDAD PARA ACEITES DE MOTOR Bombeabilidad a bajas temperaturas ºC sin esfuerzo CP Máx cinemática bajo esfuerzo cst a 100ºC, Min cinemática bajo esfuerzo cst a 100ºC, Máx a alto esfuerzo a 150ºC, cp Min DW a a W a a W a a W a a W a a W a a < < 12.5 < (Grados 0W-40, 5W-40, 10W-40) < (Grados 15W-40, 20W-40, 25W-40, 40) < < El sistema de certificación y licenciamiento establecido por el API (Instituto Americano del Petróleo) para aceites de motor, establece que los únicos grados de viscosidad que pueden reclamar economía de combustible y colocar la marca en sus envases, son los que cumplen con los grados SAE 0W-XX, 5W-XX Y 10W-XX. Entendiendo que XX puede ser SAE 20, 30, 40, 50 y 60. Los demás grados como serían 15W-XX, 20W-XX y 25W-XX, no pueden colocar en sus envases el sello del API como lubricantes que satisfacen los requisitos de economía de combustible. Francisco J. Páez Alfonzo, "Clasificación Viscosimétrica de Lubricantes. Revista Machinery Lubrication. Junio de 2008.