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La viscosidad sí importa

Boris Zhmud, Head of R&D, BIZOL Germany GmbH

El aceite para motor forma una parte vital del motor de combustión interno. Sin aceite, el motor no servirá. Este hecho ya se conoce desde el inicio del centenario histórico del automóvil. Benz Patent Motor Car, que fue presentado al público en 1886 y que suele ser considerado como el primer vehículo de producción alimentado por un motor de combustión de cuatro tiempos, usó un sistema comparablemente extraño de goteo y una copa de grasa. Sin embargo, el primer automóvil fabricado en serie, el famoso Ford Model T lanzado en 1908, ya usaba un sistema de lubricación que en su concepto es similar a lo que se usa en coches modernos, excepto que el motor así tanto como la transmisión del Model T usaban el mismo aceite.

Ya que el motor de combustión interno depende de forma crítica al aceite, se identifico rápidamente la necesidad de una estandarización del aceite para motor. De hecho, fue en 1911 que la primera clasificación de aceite para motor se adoptó por la recién fundada Sociedad de Ingenieros de Automóviles (SAE). La primera clasificación de la SAE- llamada Especificación No. 26- clasificó aceites para motor según gravedad y punto de ignición y combustión. Los aceites más viscosos eran más “pesados” y tenían puntos más altos de ignición y combustión. Desde entonces- hasta hoy en día- se sigue refiriendo a los aceites para motor según su peso, aunque la viscosidad del aceite se empezó a usar como base para todas las especificaciones SAE desde el 1923. La última especificación SAE J300 se adoptó en 2015 y tiene la forma siguiente:

De hecho, SAE J300 especifica cuatro tipos diferentes de viscosidad: viscosidad cinética a 100oC (KV100), viscosidad máxima admisible para arranque en frío (CCS) y bombeo en temperaturas bajas, y viscosidad de temperatura alta y presión alta (HTHS). Por eso, queda claro que ¡la viscosidad sí importa!

La viscosidad del aceite es un cuantificador importante para su adecuación del propósito. En un motor de encendido, todas las partes móviles montan una película de aceite. Cualquier incidente de contacto entre metal y metal sin lubricación puede tener consecuencias graves y se tiene que evitar a todo costo. Para que el aceite pueda hacer su trabajo, hay que suministrarlo a tiempo a los puntos críticos de lubricación. El flujo del aceite por los canales de aceite- o galerías- en el motor se determina por mayoría por su viscosidad cinética, y es por eso que en el momento de escoger el aceite correcto, KV100 es la primera cosa que hay que ver. Sin embargo, usted también debe de estar capaz de encender su coche en invierno. Cuando la temperatura cae, el aceite para motor se hace más y más viscoso, convirtiéndose eventualmente en una sustancia sólida parecida al jabón. Si esto pasa, no será capaz de encender su motor. Por eso SAE J300 también lista CCS y bombeo en temperaturas bajas. Finalmente, en cargas elevadas del motor, la temperatura de aceite en rodamientos puede subir hasta los 150-200°C, y al mismo tiempo, fuerzas muy altas de presión tienden a triturar las moléculas de aceite en fragmentos más pequeños. Como resultado, baja la viscosidad. Para garantizar lubricación adecuada de rodamientos bajo estas condiciones duras, SAE J300 define una viscosidad HTHS mínima para cualquier grado de viscosidad.

Si la viscosidad está demasiado alta, no es bueno: El aceite puede fallar de llegar a tiempo y alejar el calor suficientemente rápido. Sin embargo, usar el aceite más espeso de lo recomendado, no es algo fatal: Después de todo, eso pasa siempre y cuando encienda el motor frío. Si la viscosidad es demasiado baja, es mucho más peligroso: el aceite fluirá demasiado rápido y no acumulará presión suficiente. Este causará un desgaste rápido de rodamientos, arrastres de pistón/ anillo, incautación, y otros problemas críticos. Es casi seguro que usted vea un incremento de consumo de aceite.

Muchos subsistemas vitales del motor dependen de forma crítica de la presión de aceite, por ejemplo, tensores de cadena hidráulicos automáticos y sistemas de fases variables de levas (VVT). Si la presión de aceite está baja, estos sistemas pueden empezar a fallar: los tensores de cadena no podrán acumular presión suficiente para eliminar la soltura de la cadena, y los rodamientos de levas fallarán a avanzar el árbol de levas de forma normal. Eso arruinará la gestión del motor, que por su parte afectará el rendimiento del motor, el ahorro de combustible y emisiones, que eventualmente harán prender al foco “Cheque el motor”.

Aceites de base convencionales usados para fabricar lubricantes de cárter se obtienen por destilación y purificación del aceite mineral crudo. Fracciones destilados ligeros se usan para producir diferentes tipos de combustible, constituyendo la mayor fuente de ganancias para las refinerías, mientras las fracciones pesadas de fondo- a los que a menudo se refiere como “fondo de barril”-  se usan para fabricar lubricantes y algunos otros productos como asfalto y cera. Históricamente, la fabricación de lubricantes se ha considerado el segmento inferior del proceso de refinado de aceite, intentando transformar el derivado de la fabricación de combustible a un producto de valor añadido.

Históricamente, los aceites base más importantes usados para formular lubricantes de cárter han sido aquellos con una viscosidad de 100 a 600 SUS (20 a 130 cST a 100°C), igual como la clase más viscosa de aceites minerales de base con un rango típico de viscosidad de 1000 a 5000 SuS- denominados “bright stock”. Sin embargo, en las últimas décadas se ha disminuido el volumen de producción y el uso de aceites minerales de base convencional (constituyendo el grupo API I) como el proceso viejo de refinado con disolventes está perdiendo terreno a un proceso de refinado más moderno, económico y ecológicamente limpio conocido como “hidro-refinado”. El último se usa para fabricar aceites base del grupo API II y III. Una desventaja principal del hidro-refinado es que no se pueden producir productos de alta viscosidad- no más de 200 SuS. Por eso, lubricantes modernos dependen mucho de polímeros espesantes, usados para sustituir “bright stocks”. Estos polímeros espesantes tienen otra función útil- incrementan el índice de viscosidad (VI) del aceite, por lo tanto, se denominan mejoradores de índice de viscosidad (VII).

Hoy, casi todos los aceites para motor de automóvil son “multigrados”, como proporcionan rendimiento adecuado en climas fríos tanto como calurosos. Aceites multigrados se describen por dos cifras, así: SAE 10W-40. La primera cifra- 10 seguido por “W”- se refiere al rendimiento en temperaturas bajas. Basicamente lo que dice es que en el invierno, este aceite se comporta como un legado SAE 10W de grado para invierno: debe permitirle encender su motor a -25°C y no dejará su habilidad de fluir a temperaturas tan bajas como -30°C. La segunda cifra, 40, dice que en verano, el mismo aceite se comporta como un legado SAE40 monogrado: tiene KV100 en el rango de 12.5 a 16.3 cSt y una viscosidad mínima HTHS de 3.5 de cP.

Cuanto mayor sea la diferencia entre la segunda cifra y la primer, más amplio es el multigrado. Los multigrados más amplios de hoy, como 0W-40, 5W-50 y 10W-60, presentan un VI alrededor de 180, aunque es posible aumentar el VI aún más, hasta 200-220. Sin embargo, la cama efectiva de beneficios depende de como se alcanzó este VI alto, como puede haber muchos peligros.

Vamos a considerar un ejemplo de como se usan potenciadores poliméricos de VI en la práctica. Asume que tiene un aceite base 150N del grupo API II con KV40 = 28 cSt y KV100 = 5.2 cSt (VI=109). Si añade 15% de un potenciador de VI tipo copolímero de olefina (OCP), como Paratone 8006, acabará con un producto espesado de polímeros con KV40 = 83 cSt y KV100 = 12 cSt (VI = 140). Así que, el VI incrementó de 109 a 140. ¿Cómo puede decifrar que se trata de una mezcla de aceite con polímeros y no de un aceite 600N libre de polímeros? Lo primero que hay que checar es el punto de ignición: aceites espesados con polímeros tienen casi el mismo punto de ignición como el aceite base original (150N, FP 220°C). El segundo control útil es la perdida evaporativa: aceites espesados con polímeros presentarán casi la misma pérdida evaporativa como el aceite base original (150N, 15 wt.% Noack) que es mucho más altó que la pérdida evaporativa de un aceite base libre de polímeros de la misma viscosidad (600N, 2 wt% Noack).

La conclusión de este ejemplo es que el espesamiento con polímeros y la potenciación del VI deben ser usados con cuidado: aunque le ayudan a ajustar fácilmente las medidas de viscosidad del producto, otras propiedades vitales pueden ser ignorados. El uso excesivo de polímeros puede comprometer la estabilidad al corte- por esa razón SAE J300 define el rango HTHS para cada grado de viscosidad, y la razón por la que aditivos VII comerciales se caracterizan con el índice de estabilidad al corte (SSI). Otros problemas comunes son el espesamiento oxidativo y la gelificación en aceites usados.

Existe una enorme diferencia entre las clases diferentes de mejoradores de VI en cuanto a su eficiencia, estabilidad de corte, solubilidad, y, por supuesto, precio. Por ejemplo, mejoradores de VI de copolímero de olefina (OCP) se han vuelto el tipo estándar de tecnología de mejoramiento de VI, con un enfoque principal en productos con valor de ingeniería, mientras los mejoradores de VI de metacrilato estireno y polialquileno (PAMA) se usan cada vez más en productos de nivel superior. Este hecho comprueba que los datos de viscosidad a las que se refiere el SAE J300 todavía no reflejan el cuadro en conjunto: usted puede emparejar los cuatro índices de viscosidad y de todos modos verá diferencias en el rendimiento del producto. Esto es porque la viscometría convencional no dice nada de, por ejemplo, la estabilidad química de las moléculas VII, sus interacciones positivas con otros ingredientes de las formulaciones del lubricante, o la conducta no-newtoniana reológica de películas lubricantes que contienen polímeros. Aunque ha habido un avance enorme en la comprensión teorética de la conducta VII de varias clases de polímeros y su efecto en la tribología de lubricantes, en este campo que en gran parte es uno empírico, la experiencia sigue siendo el mejor maestro.

Hoy en día, aceites más fluidos se promocionan activamente para mejorar el ahorro de combustible. Sin embargo, hay que tener en mente que en un motor en marcha el lubricante de cárter siempre esta en cierta medida “diluido” por el combustible. El grado de dilución con combustible depende del tipo de motor y las condiciones de manejo. Tráfico urbano con arranques y paradas frecuentes es un escenario adverso que la mayoría de la gente no tiene en cuenta. En el peor caso, el aceite puede contener hasta 10-15% de combustible. Otro escenario adverso es manejar a velocidades altas, como carreras de automóviles, donde mixturas ricas de aire-aceite se usan a propósito en motores fríos. Como resultado de la dilución con combustible, el aceite para motor fácilmente baja un grado: usted empieza con aceite 5W-30 y pronto lo encontrará diluido al nivel de un 5W-20. El Aceite también se hace más fluido cuando el motor esta sometido a carga elevada y calienta mucho, por ejemplo, cuando esta remolcando un tráiler. Algunos fabricantes tienden a incorporar un margen más grande de seguridad en sus formulaciones, colocando la meta de v100 exactamente en la mitad del grado respectivo de viscosidad y HTHS mucho arriba del valor mínimo permitido. Otros tratan de irse más allá del límite con sus productos para maximizar el ahorro de combustible. Por ejemplo, un 5W-40 con KV100= 14.5 cSt puede resistir una dilución por combustible hasta de 4-5% sin caerse de grado a una dilución de combustible del 2%. Por lo tanto, en general, usted siempre esta a salvo subiendo un grado de lo que el fabricante de su motor recomienda, pero nunca debe usar aceites más fluidos de lo recomendado.

Con excepción de algunos productos estrella, lubricantes de uso generalizado siempre se ingeniarán por valor. Pero aquí en BIZOL nosotros somos obsesivos de la calidad- queremos darle a nuestros clientes lo mejor que podamos. Para entender la diferencia, mire el diagrama de abajo, o – aún mejor- trata BIZOL.

 

Aceite con valor de ingeniería

 

Aceite más barato disponible a nivel local

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Mejorador más barato típo OCP con estabilidad de corte mediocre

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Paquete de valor DI ofreciendo los requisitos mínimos de rendimiento

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Retoques con “diluyentes de componentes” no declarados para ahorrar más costosos.

Esto es “solo aceite”.

 

Aceite con valor de rendimiento

 

Mixturas diseñadas especialmente con aceites de bases con índices altos de viscosidad completamente sintéticos de grupos API III, IV y V, incluyendo olefinas alfa poly carbón (ACN PAO), naftalenos alquiladas para mejor solubilidad, estabilidad, y compatibilidad con los sellos, igual como esteres y OSP para mejorar lubricidad y rendimiento en temperaturas altas

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Mejoradores de contacto VI no-OCP de vanguardia y aditivos con tecnología COMB LubriBoost gelatinosos

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Paquete personalizado apto para el propósito para maximizar el rendimiento del producto y garantizar el cumplimiento con el mayor rango posible de especificaciones OEM individuales

Esto es BIZOL G+.

 

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