31º Teoría de Lubricantes

aceites-y-lubricantes

Índice:

1-Concepto de Lubricación

1.1-Tribología

2-Pérdidas mecánicas.

2.1-Pérdidas por Fricción en el Motor
2.2-Necesidad de la Lubricación

 3-Tipos de Lubricación 

3.1-Estática

3.2-Dinámica

3.2.1- Por Barboteo

3.2.2- A Presión

3.2.3- Mixta (Barboteo-Presión)

4-Regímenes de Lubricación

4.1- Hidrodinámica

4.2- A Capa Límite

4.3-Mixta (Entre Hidrodinámica-Capa límite)

4.5- Sólida

5-Composición de los lubricantes y sus Características Principales

5.1-Necesidad de adicción de aditivos al lubricante

5.2-Características de los lubricantes:

5.2.1-Densidad

5.2.2-Viscosidad 

5.2.3-Índice de Viscosidad

5.2.4-Punto de Inflamación, combustión y  Congelación

5.2.7- Acidez 

5.2.8- Capacidad frente a la oxidación y nitración (Mediante aditivos)

5.2.9-Capacidad detergente y dispersante (Mediante aditivos)

5.2.10- Capacidad antiespumante (Mediante aditivos)

5.2.11-Capacidad alcalina-TBN (Mediante aditivos)

5.2.12-Aditivos antidesgaste (Mediante aditivos)

6-Tipo de Lubricantes 

6.1-Según su origen y composición

6.1.1-Minerales

6.1.2-Sintéticos

6.1.3-Semi-sintéticos

6.2-Según su Viscosidad

6.2.1- Monogrados

6.2.2- Multigrados

6.2.3-Aceites para motores de 2 Tiempos

7-Clasificación de los Aceites de Motor

7.1- Por su Viscosidad

7.2- Por el tipo de Servicio

7.2.1-Clasificación API

7.2.2-Clasificación ACEA 

8-Bibliografía


1-Concepto de Lubricación

Lubricación

1.1-Tribología

Antes de definir concepto de lubricación,debemos saber que este emana de una ciencia denominada “Tribología”.

La Tribología es la ciencia y tecnología que estudia los sistemas en movimiento y en contacto mutuo.

En su inicio,la tribología solo comprendía el estudio de la fricción (Tribos=fricción, Logos=sentido), en la actualidad, esta ciencia comprende el estudio no solo de la fricción, sino de la lubricación, el desgaste y otros puntos relacionados con la vida útil de los equipos como la ingeniería,física,química,metalurgia…etc.

El propósito de la lubricación es interponer un agente lubricador entre dos elementos en contacto con un determinado movimiento relativo. Este lubricante tiene como objetivo reducir el rozamiento  y la temperatura de los elementos en contacto. Si este lubricante se renueva constantemente como se verá más adelante favorecerá la refrigeración del sistema.

1º disposición del lubricnte entre dos elementos

 

El lubricante puede ser de diferente naturaleza,sólida,líquida o gaseosa en función de las condiciones de trabajo requeridas,un lubricante se caracteriza por tener un coeficiente de fricción cercano a cero y que genere el menor calor posible.

Las especificaciones y características de los lubricantes se tratarán en los posteriores puntos.


 

2-Pérdidas mecánicas

rozamiento.jpg

A la hora de mejorar las prestaciones en un motor tenemos dos opciones:

  1. Actuar sobre el ciclo termodinámico 
  2. Actuar sobre la ingeniería del motor,en este caso las pérdidas mecánicas.

La actuación sobre el ciclo termodinámico está limitado principalmente por las emisiones contaminantes,por lo que las investigaciones se encaminan por una parte, a investigar nuevos combustibles y elementos que reduzcan las emisiones como se trata en el artículo
 26º Normativa,Tecnologías y Modificaciones para reducir las emisiones de SOx y NOx a la atmósfera.

Y por otra parte menos apreciada,pero no menos importante,  reducir las pérdidas mecánicas.

Las pérdidas mecánicas se desglosan en 3 puntos:

  • Pérdidas por fricción; mencionadas en el punto 1 y objeto de investigación por la tribología. Estas son debidas al rozamiento entre elementos o superficies móviles.
  • Pérdidas por bombeo; Son pérdidas asociadas a los procesos de renovación de carga (admisión-escape)
  • Pérdidas por accionamiento de elementos auxiliares; Todos los componentes ligados al buen funcionamiento del motor,véase;bomba de agua,bomba de aceite,alternador…

En este artículo nos centraremos únicamente en las pérdidas por fricción.

2.1-Pérdidas por Fricción en el Motorcojinetes cigüeñal.jpg

Las pérdidas más notables por rozamiento en un motor se producen en:

  • Cojinetes del cigüeñal: Las fuerzas que actúan sobre estos cojinetes varía en función de la carga inerciales y a la presión de los gases. Estas pérdidas suponen el 20%-30% de las pérdidas totales por fricción.
  • Pistón y segmentos: El rozamiento asociado al conjunto pistón-segmentos contra las paredes del cilindro suponen unas pérdidas de un 50%-70% de las pérdidas totales por fricción. En el conjunto pistón-segmentos actúan una serie de fuerzas que influyen directamente en la fricción.
    • La tensión elástica de los segmentos
    • La fuerza ejercida por presión de los gases
    • Las fuerza inercial
  • Distribución: Una vez en funcionamiento, el tren de distribución está sometido a unas cargas proporcionales al régimen de giro. A bajo régimen de giro, las cargas son ejercidas por los muelles de las válvulas,mientras que a alto régimen predominan las cargas inerciales.Las pérdidas de este sistema suponen un 10%-20% de las pérdidas totales por fricción.

         *Para saber más sobre los segmentos 25ºSegmentos del Pistón

2.2-Necesidad de la Lubricación

necesidad.jpg

Debido a las notorias pérdidas de fricción que se dan en el motor,nace la necesidad del desarrollo de un agente que reduzca estas pérdidas,siendo este el lubricante.

  • Objetivos generales de los lubricantes son las siguientes:
    • Reducir el rozamiento directo entre superficies o elementos en movimiento para aumentar la vida útil de dichos elementos y prevenir su desgaste prematuro.
    • Disminuir la temperatura de funcionamiento de los elementos en movimiento,actúa como disipador de calor,por una parte evita un calentamiento evitando el contacto directo entre componentes y por otra parte absorbiendo el calor y disipándolo posteriormente en intercambiadores o cediéndolo a la atmósfera.
    • Función protectora ante los agentes químicos producidos durante la combustión.
    • Función de limpieza de los residuos producidos durante la combustión y el rozamiento desplazándolos a lugares separados de la zona de trabajo.
    • Función amortiguadora en los cojinetes,aprovechan la lubricación hidrodinámica de la que se hablará luego para repartir la carga y reducir la fricción en el cojinete.
    • Hermetiza uniones mecánicas como sería el conjunto cilindro-pistón-segmentos evitando fugas de presión de gases de la cámara de combustión.
    • Para usos de transmisión de fuerzas (sistemas hidráulicos)
  • Funciones que debe cumplir el lubricante en motores:
    • Refrigerar los elementos evitando dilataciones o deformaciones fuera de sus tolerancias.
    • Mantener su viscosidad cuando el motor está caliente para soportar la presión, y una buena fluidez con el motor frío, para facilitar su arranque a bajas temperaturas.
    • Mantener una limpieza eficaz en el motor,reduciendo la acumulación de depósitos y evitando la decantación de ciertos componentes contaminantes.
    • Mejorar el rendimiento del motor al reducir el consumo de energía mecánica, lo que disminuye el consumo de combustible.
    • Reducir los desgastes por fricción, abrasión y corrosión.
    • Contribuir a lograr la estanqueidad de los cilindros, evitando fugas de gases y de combustible

    • Soportar las cargas y esfuerzos a los que está sometido sin ser desplazado, reduciendo las vibraciones, choques y ruidos entre las piezas.

    • Soportar las elevadas temperaturas de funcionamiento del motor.


3-Tipos de Lubricación 

aceite.jpg

Los distintos tipos de lubricación se clasifican en función del desplazamiento del lubricante por el sistema o elemento.

3.1-Estática

Como el propio título establece,este tipo de lubricación se da en elementos donde el lubricante no se desplaza,es estático,en estos casos suelen usarse grasas semi-sólidas que forman un conjunto con el propio mecanismo.Un ejemplo claro de este tipo de lubricación serían los rodamientos.

rodamiento.jpg

3.2-Dinámica

La lubricación dinámica establece la premisa de que el lubricante desarrolle un movimiento,dentro de este grupo, se encuentran diferentes categorías en función del tipo de movimiento.

lubricacion dinamca.jpg

3.2.1- Por Barboteo

Este tipo de lubricación utiliza el propio mecanismo para impulsar el aceite sobre los elementos, en ocasiones como se aprecia en el dibujo,se le acoplan unos impulsores denominados “cucharillas”. Este sistema se utiliza en pequeños motores que funcionan a bajo régimen ya que al no ser una lubricación muy precisa no tolera grandes cargas sobre el tren alternativo por lo que no es de uso muy común.

barboteo

3.2.2- A Presión

El sistema de lubricación a presión es el más usado tanto en automoción como en motores marinos.
Dentro de los motores lubricados a presión podemos diferenciar 2 subtipos;

  • Lubricación a presión a “Baño de Aceite”

En el caso de la lubricación a presión a “baño de aceite”, el aceite del cárter, se suministra  por medio de una bomba y de unos conductos a las superficies o elementos con rozamiento, a continuación, el aceite se escurre de los componentes y  vuelve al cárter por gravedad.

circuito de lubricación a presión.jpg

0) Filtro de Malla (Chupador)
1) Cárter
2) Bomba de Aceite
3) Válvula de Alivio de la presión de aceite (by-pass)
4) Enfriador de Aceite
4b) By-Pass del enfriador
5) Válvula de alivio del filtro
6) Filtro de Aceite
7) Manómetro de presión de aceite
8) Cigüeñal
9) Galería Principal de Aceite
10) Pistones
11) Árbol de Levas
12) Toberas de lubricación de levas taqués
13) Turbo Compresor
14) Eje de balancín (Flauta)
15) Conductos de Aceite hacia balancines
16) Compresor de Aire
17) Conducto de Aceite hacia eje de levas
18) Bomba de inyección

  • Lubricación a presión a “Cárter seco”

En el caso de la lubricación a presión a “Cárter seco”, el aceite no se aloja en el cárter, sino en un depósito externo, este se suministra  por medio de una bomba y de unos conductos a las superficies o elementos con rozamiento, a continuación, el aceite se escurre de los componentes y  vuelve al cárter por gravedad, el cárter cambia su función de almacenamiento

Lubricación de motor carter seco

En este esquema podemos diferenciar perfectamente los siguientes elementos:

-Cárter seco
-Depósito de aceite
-Depuradora de aceite
-Bomba de trasiego
Bombas de circulación
-Enfriadores de aceite
-Filtros de aceite

3.2.3- Mixta

Este tipo de lubricación es una combinación de los métodos anteriormente mencionados,tanto lubricación a presión como barboteo.

Estos sistemas se aplican en motores monocilindro, o motores de régimen relativamente bajo, no tienen tantos conductos como sistema a presión y el cigüeñal no incluye perforaciones, por lo que abarata los costes.


4-Regímenes de Lubricación

Para entrar en los regímenes de la lubricación es preciso estudiar la curva de Stribeck.

  • Curva de Stribeck:
    En 1902 Stribeck describió la variación del coeficiente de fricción con el parámetro de Hersey [H]= (η·v/Fn)

    • [V] Representa la velocidad de deslizamiento
    • [η] Representa la viscosidad dinámica
    • [Fn] Representa la fuerza normal aplicada

curva de stribeck

La evolución del coeficiente de rozamiento [f] tiene un valor mínimo cercano al 0,001 correspondiente a la parte baja de la curva.

Partiendo del punto más bajo de la curva:

  1. Si el parámetro [H] (Parámetro de Hersey) aumenta, el coeficiente de fricción [f] aumenta muy poco en relación,esto significa que entre los elementos en contacto se dispone una película gruesa y estable de lubricante que evita el contacto directo. (Zona de lubricación Hidrodinámica)
  2. Si el parámetro [H] disminuye, el parámetro [f] aumenta de forma exponencial hasta un determinado valor,entre la zona límite y la zona hidrodinámica la capa de lubricante varía según el valor el valor de [f] siendo más o menos delgada la capa de lubricante entre elementos.(zona mixta)
  3. Si el parámetro [H] sigue disminuyendo, se consideran que la película de lubricante no permite evitar el contacto directo entre los elementos. (Zona límite)


4.1- Hidrodinámica

Teniendo en cuenta el caso (1) nombrado en el párrafo anterior, nos situamos en la zona de lubricación fluida o hidrodinámica, en este caso el lubricante tiene el espesor suficiente para evitar el contacto directo entre elementos o superficies.
La lubricación hidrodinámica se estudia con la mecánica de fluidos clásica y es considerada la lubricación ideal, ya que proporciona baja fricción y mínimo desgaste.

Las características del comportamiento entre los dos materiales en este caso depende principalmente de las características físicas del lubricante, principalmente su viscosidad,el valor del coeficiente de fricción que presenta y el esfuerzo cortante de la viscosidad del lubricante.

hidrodinámica

*Las zonas grises representan las dos superficies separadas por una zona naranja que representa la película lubricante. 

4.2- A Capa Límite

Teniendo en cuenta el caso (3), nos situamos en la zona de lubricación límite, en esta zona se considera que las superficies no están completamente separadas por la película lubricante por lo que el contacto entre elementos produce una formación de calor y un desgaste debido a la alta fricción.

El desgaste en esta zona depende más de las características de los materiales como su dureza, rugosidad, su acabado, elasticidad, oxidación, etc. En menor medida se tiene en cuenta la pequeña proporción de lubricante (proporciones moleculares) que influyen en el contacto de los elementos, si este contiene aditivos específicos puede que a pesar de la falta de lubricante mantenga limitado el desgaste.

capa límite

*Las zonas grises representan las dos superficies separadas por una zona naranja que representa la película lubricante. 

4.3- Mixta 

Entre la zona fluida o hidrodinámica y la zona de lubricación límite nos encontramos con una zona de tránsito entre ellas denominada zona mixta, en esta zona las características de contacto son combinaciones de los efectos de la lubricación límite y fluida.

El modo de lubricación entre dos superficies en contacto,puede variar en función de las variables por las que se vean afectados, por ejemplo la carga, velocidad, viscosidad del lubricante,acabado superficial…

En el gráfico se denomina zona elastohidrodinámica a la zona mixta, esto es erróneo ya que la lubricación elastohidrodinámica  se da tanto en la zona de lubricación mixta como en la zona de lubricación hidrodinámica.

rodamiento

Este tipo de lubricación, se da cuando existe una deformación elástica en un elemento, por ejemplo; un rodamiento cuando rueda con una determinada carga, se deforma momentáneamente mejorando las características de lubricación hidrodinámica.
Cuando el rodamiento es expuesto a carga, la viscosidad aumenta generando una presión suficiente para evitar que las superficies metal-metal se alcancen, cuando los elementos siguen rodando, las superficies recuperan su forma original y la viscosidad vuelve a su estado original.

lubricación elastohidrodinámica.png

 

4.4- Sólida

Los lubricantes secos o lubricantes sólidos son materiales que a pesar de que se encuentran en fase sólida, son capaces de reducir la fricción entre dos superficies que se deslizan entre sí reduciendo el esfuerzo cortante.

lubricación sólida

 

Este tipo de lubricantes, son capaces de brindar lubricación a temperaturas superiores a las que pueden operar los líquidos y lubricantes basados en aceites. Estos materiales pueden ser utilizados hasta temperaturas de 350 °C en medios oxidantes y aún más elevadas en medios reductores o no-oxidantes, por ejemplo el disulfuro de molibdeno puede soportar temperaturas de trabajo de hasta 1100 °C.

Sus propiedades de lubricación se atribuyen a sus estructuras en formas de láminas a nivel molecular con fuerzas de unión débiles entre las láminas. Sus láminas son capaces de deslizarse unas sobre otras con muy pequeñas fuerzas de tracción, lo que les confiere las propiedades de baja fricción.

Propiedades de los lubricantes sólidos:

  • Coeficientes de fricción inferiores de 0,05.
  • Bajo esfuerzo contante.
  • Resistencia a la oxidación y altas temperaturas.
  • Resistencia a la corrosión.

Los lubricantes sólidos más utilizados son:

  • Grafito – Uso en compresores de aire, industria alimenticia, uniones de vías de ferrocarril, engranajes abiertos, trabajos en centros de maquinado de metales, etc.
  • Disulfuro de molibdeno – Uso en vehículos espaciales. Diamond Like Carbon (DLC), Discos duros.
  • Bisulfuro de tungsteno – Pistones de motores, componentes aeroespaciales.

Ventajas de los lubricantes sólidos:

La ventaja es que permiten la lubricación en condiciones de presión y temperatura en donde un lubricante liquido no funcionaria correctamente, además como adición es un excelente complemento en lubricantes convencionales para mejorar los arranques en seco.


5-Composición de los lubricantes y sus Características Principales

Los aceites están compuestos por dos partes:

  • Las Bases (Base Mineral o Base Sintética)
  • Los Aditivos (Los nombrados a continuación)

grafico de aditivos

En este punto nos centraremos en explicar las características de los lubricantes, algunas de ellas fruto de la adición de aditivos.

Nota*Las bases se tratarán en el punto (6)


5.1-Necesidad de adicción de aditivos al lubricante

Como se puede observar en la siguiente imagen,los lubricantes deben contener una serie de aditivos para satisfacer las diferentes necesidades requeridas en el motor, en este punto se definirán una serie de aditivos y características que pueden contener los lubricantes.

aditivos necesarios para la cámara de combustión.JPG

5.2-Características de los lubricantes:

5.2.1-Densidad

El concepto de densidad se define como la relación de la masa y volumen de una sustancia.

En los lubricantes la densidad depende directamente del tipo de crudo y del grado de destilación que se le haya aplicado.Los análisis para determinar la densidad de un aceite se toman a una temperatura de 20ºC  y con ayuda de un densímetro o un aerómetro se determina este parámetro.
Los valores de densidad de los lubricantes líquidos varían entre 0.79 y 0.97 gr/cm^3

Nota*Como se usa un  Densímetro

5.2.2-Viscosidad

viscosidad1.jpg

Se define la viscosidad como la  resistencia originada por el frotamiento interno de las moléculas del fluido a deslizarse entre si,o dicho de una forma más clara,es la resistencia del propio fluido a fluir.

La viscosidad es la característica más importante de un lubricante a efectos prácticos, pues determina la capacidad física para mantener la lubricación, esta característica va a fijar el rendimiento mecánico, gasto del fluido para mantener las condiciones óptimas de lubricación a una determinada velocidad,temperatura, carga y dimensiones del elemento etc.

La viscosidad no es constante, esta varía en función de distintos parámetros como la presión  y la temperatura a la que está sometido el lubricante, por ello nace el concepto de índice de viscosidad que se trata en el siguiente punto.

5.2.3-Índice de Viscosidad

El índice de viscosidad es el parámetro encargado de relacionar la variación de viscosidad en función de la temperatura. El sistema de medida se basa en la comparación arbitraria  de la viscosidad cinemática de un aceite a 40ºC del aceite a medir con dos aceites con índices de 0 y 100 a la misma temperatura a modo de modelo base.A continuación se hace lo propio a 100ºC

viscosidad.jpg

  • Indice de Viscosidad = [(L-Y)/(L-H)] x 100

5.2.4-Punto de Inflamación, combustión y congelación 

  • Punto de Inflamación: Temperatura a la cual el lubricante en las condiciones que estipula la norma UNE 7057 (Determinación en vaso abierto de los puntos de inflamación y combustión de los materiales bituminosos), desprende la suficiente cantidad de gases para que se inflame momentáneamente al aplicarse una llama, sin que el lubricante se queme.

    controlador del punto de inflamabilidad

                     Controlador del punto de Inflamabilidad                       (Prueba para determinar dicho punto)

  • Punto de Combustión: Una vez superada la temperatura a la cual se da el punto de inflamación, los vapores emanados por el lubricantes se inflaman y éste comienza a arder de forma permanente( o al menos durante 5 segundos), la temperatura de combustión suele situarse entre unos 20 y 60 ºC por encima del punto de inflamación.
  • Punto de congelación: Temperatura a la cual los aceites dejan de fluir y se solidifican. Se determina al enfriar progresivamente el lubricante en un tubo de ensayo, hasta que sea posible ponerlo de modo horizontal sin que se derrame.

prueba de congelación

5.2.7- Acidez 

La acidez que presenta un lubricante puede ser debida a los aditivos contenidos, esta acidez que debe ser mínima para que no ataque la superficie de las piezas con las que está en contacto, sobre todo los semicojinetes de material antifricción. El grado de acidez de los aceites está limitado al 0,03 %.

  • Causas que producen acidez en el los lubricantes:
  1. Cuando los aceites se oxidan, estos generan productos insolubles (Resinas,barnices y residuos carbonosos) y solubles. Estos productos solubles son ácidos orgánicos que pueden atacar las superficies.
  2. Si el lubricante alcanza elevada temperaturas forma ácidos que atacan las suerficies produciendo corrosión en las mismas.
  3. La acidez puede ser producida por contaminación, esto puede darse por ejemplo en el cárter del motor diesel, si el combustible contiene un índice notable de azufre puede dar formaciones de ácido sulfúrico tras el proceso de combustión, para ello se emplean aceites alcalinos para neutralizar esta contaminación.

5.2.8 -Capacidad frente a la oxidación y nitración (Mediante aditivos)

El aceite, con el uso y las altas temperaturas de trabajo a las que está expuesto se oxida, teniendo como efecto la producción de productos de ésteres, cetonas o ácidos carboxilos, productos que contribuyen a la acidificación del lubricante y el agotamiento de la reserva alcalina del propio aceite, por otro lado produce un aumento de su viscosidad y de la acción corrosiva debido al aumento principalmente de la acidez.


oxidación del lubricante

  • Causas de la oxidación:
  1. Altas temperaturas
  2. La presencia de metales como el hierro y cobre que catalizan la reacción de oxidación.
  3. La presencia de humedad y otros contaminantes como suciedad y productos resultantes de la corrosión (escorias)
  4. Agitación excesiva
  5. Una presión elevada del lubricante aumenta la presencia de oxígeno disuelto combinado con altas temperaturas, favoreciendo así la oxidación

La oxidación, generalmente se produce de una manera lenta por debajo de los 60ºC, si la temperatura de trabajo aumenta por encima de los 80ºC, la resistencia a la oxidación se reduce a la mitad por cada 10ºC que suba la temperatura

oxidación del lubricante 2

La nitración o nitroxidación es un fenómeno que se da cuando reaccionan los óxidos del nitrógeno provenientes de los gases de combustión con el aceite de lubricación dando lugar a un aumento de la viscosidad y la generación de barnices y lacas.

5.2.9-Capacidad detergente y dispersante (Mediante aditivos)

La capacidad detergente esta caracterizado por la capacidad de evitar o minimizar la formación de lodos y depósitos en las partes calientes del motor. Una forma de determinar si el aceite utilizado es de tipo detergente, es que al usarlo, después de un cierto tiempo cambia de color.

Estos aditivos suelen contener elementos que actúan sobre la propia oxidación del lubricante minimizando también la acción corrosiva que ello conlleva.

detergencia

La dispersividad es una propiedad que consisten en mantener como el propio nombre dice, dispersos los componentes contaminantes en el aceite. Estos componentes contaminantes suelen estar compuestos por productos parcialmente quemados de la combustión (cenizas,carbonilla, óxidos…)
Los sulonatos tienen la capacidad de mantener los componente contaminantes dispersos en el aceite evitando que depositen.

La detergencia y dispersividad se reducen según se van consumiendo los aditivos y la degradación del lubricante.

5.2.10- Capacidad antiespumante (Mediante aditivos)

La espuma consiste en burbujas que ascienden rápidamente hacia la superficie del lubricante, pero deben diferenciarse del atrapamiento del aire que es el ascenso lento de burbujas dispersas contenidas en el aceite.
La espuma disminuye la cantidad de lubricante que se suministra a las diferentes áreas  y puede provocar daños a componentes como la bomba de aceite, que al aspirar espuma ocasiona cavitación, desgastes…etc.

  • Causas de la formación de espuma:
  1. Entrada de aire por juntas mal selladas o defectuosas.
  2. Cuando el aceite se introduce en caída libre al depósito
  3. Un caudal demasiado alto en relación con el diámetro de la tubería

5.2.11-Capacidad alcalina-TBN (Mediante aditivos)

Es la capacidad que tiene el aceite de neutralizar los ácidos formados. El T.B.N. (Total Base Number), indica la capacidad básica que tiene el aceite y su capacidad para neutralizar los ácidos formados durante la combustión. Si analizamos un aceite usado, el T.B.N. residual nos puede indicar el tiempo en horas que podemos prolongar los cambios de aceite de motor.

Nota* El TBN se mide en cantidad de mg de hidróxido potásico (KOH) necesario por gramo de aceite para neutralizar todos los componentes ácidos presentes.

5.2.12-Aditivos Antidesgaste (Mediante aditivos)

También se denominan aditivos de lubricación límite y dotan al lubricante de capacidad antidesgaste, eran utilizados en antiguos motores de gasolina cuando no existían lubricantes detergentes.
Estos compuestos contenían fosfatos orgánicos, ditiofosatos y ditiocarbonatos hasta que se desarrollo el dialquilditiofosfato de zinc (ZDDP) como inhibidor de corrosión en cojinetes y antioxidante del lubricante, este compuesto manifiesta una gran capacidad antidesgaste que extendía su efectividad desde la lubricación mixta hasta la lubricación límite.


6-Tipo de Lubricantes

Los lubricantes pueden clasificarse según distintos parámetros, en este punto los clasificaremos según el origen y composición de la base del aceite y su viscosidad.

6.1-Según su origen y composición

6.1.1-Minerales

Los aceites minerales son los obtenidos a partir de un proceso de fabricación en el que el aceite se extrae del petroleo por procesos basados en destilación fraccionada.

destilación del petroleo

Los aceites de base mineral son los más usados a día de hoy, y se dividen en:

  • Parafínicos 
  • Naftalénicos
  • Aromáticos

Los lubricantes de motor están compuestos por una mezcla principalmente de iso-parafinas y nafténicos con una proporción adecuada de compuestos aromáticos para proporcionar solubilidad a los aditivos y estabilidad a la oxidación. (Parafínico con un 75% de su composición y un 25% de naftalénicos y aromáticos)

Clasificación de los aceites minerales

Representación de los compuestos típicos,existen miles de compuestos químicos 

Una vez obtenidos las del aceite por destilación del crudo, estas bases se someten a una operación denominada Blending, que consiste en mezclar estos aceites de propiedades conocidas, momento que se aprovecha para incorporar al aceite base, una serie de aditivos, que mejoran algunas de sus propiedades o aportan otras nuevas, en función del uso al que se destine.

6.1.2-Sintéticos

sintetico.jpg

A diferencia de los aceites minerales, estos lubricantes no tienen su origen en el petróleo.
La Society of Automotive Engineers (SAE) los define como compuestos químicos producidos por síntesis químicas que tienen origen en reacciones  de compuestos orgánicos puros. 

Los aceites sintéticos se pueden clasificar en:

  • Oligomeros olefínicos.
  • Esteres orgánicos.

  • Poliglicoles.

  • Fosfato esteres.

  • Polialfaoleifinas.

Los aceites sintéticos son más caros de fabricar por lo que su uso está destinado a vehículos de altas prestaciones, aunque dadas sus mejores propiedades muchos usuarios comunes optan por incorporarlo a sus motores. Estos aceites pueden ser usados en elementos que trabajen a muy alta temperatura y condiciones de trabajo muy exigentes. Otra ventajas a tener en cuenta sería la menor viscosidad que presentan sin que disminuya su poder lubricante por lo que mejoran sus condiciones de funcionamiento en frío y por otro lado reducen el consumo de combustible al reducir pérdidas mecánicas por rozamiento de una manera más eficiente que los aceites de base mineral.

  • Ventajas
    • Molecula consistente, libre de impurezas
    • Indice de Viscosidad (Medio/Alto/Muy Alto)
    • Bajos puntos de Congelación
    • Alta resistencia a la oxidación a altas temperaturas
  • Desventajas
    • Alto Coste si lo comparamos con los minerales
    • Precauciones en los cambios (problemas de compatibilidades entre aceites)
    • Disponibilidad mundial 

6.1.3-Semi-sintéticos

semisintetico.jpg

Los lubricantes semisintéticos son una mezcla de proporciones variables de los aceites minerales y sintéticos con la adición posterior de aditivos para conseguir las propiedades requeridas, esto reduce el coste que tendría un lubricante sintético puro.

6.2- Según la Viscosidad

Si clasificamos los lubricantes según su viscosidad nos encontramos con dos clases (monogrados y multigrados) diferenciadas por la capacidad para variar su grado de viscosidad si las circunstancias lo requieren.

Nota* La capacidad de mantener fijo el grado de viscosidad no significa que este no varíe en función de la temperatura.

La clasificación SAE ha establecido una norma basada en la viscosidad del aceite a dos temperaturas 0ºF (-18ºC) y 210ºF (99ºC)

Esta clasificación solamente permite establecer un grado viscosimétrico SAE, pero no hace alusión a la calidad general del lubricante.

Grados SAE.JPG

Ejemplo (1) ponemos el caso de un aceite “SAE 10W”, esta denominación nos indica lo siguiente:

  • Es un aceite”Monogrado” porque solo cuenta con un parámetro numérico.
  • El parámetro “W” nos indica que está diseñado para temperaturas bajo cero.
  • El parámetro numérico “10” nos indica que está enfocado para trabajar a temperaturas mínimas de -20ºC y la viscosidad de 4.1 cSt a los 100ºC

Ejemplo(2) sería el caso de un aceite “SAE 10W 50”, esta denominación nos indica lo siguiente:

  • Es un aceite “Multigrado” porque cuenta con 2 parámetros numéricos,
  • El número que acompaña la “W”, nos indica que se comporta en frío como un SAE 10.
  • El núero libre, nos indica que se comporta en caliente como un SAE 50.

Nota* Para una mayor protección en frío, se deberá recurrir a lubricantes que tengan el parámetro numérico inicial lo más bajo posible y para una mayor protección en caliente el mayor parámetro numérico secundario.

6.2.1-Monogrados

monogrado.jpg

Los lubricantes monogrados se caracterizan por mantener un grado de viscosidad fijo, esto no quiere decir que no varíe en función de la temperatura como se ha matizado en el punto anterior.
Los aceites monogrado han ido perdiendo mercado en el sector de los motores debido a la limitada capacidad de adaptación que poseen ante cambios de temperatura notables.Ejemplo(1)

 
clasificación aceites monogrado

6.2.2- Multigrados

multigrado

Los lubricantes multigrado se caracterizan por mantener un grado de viscosidad variable que cubre la distancia térmica entre dos extremos.  Ejemplo(2).

Debido a su gran adaptación a las distintas condiciones de trabajo existentes son los más usados en el sector.

multigrado esquema

Ventajas de los aceites multigrados:

  • Más estables ante los cambios térmicos
  • Baja viscosidad a temperaturas bajas por lo que llega antes a los componentes
  • Permite un arranque más rápido en frío del motor con menor desgaste de los elementos mecánicos, esto influye positivamente en el resto de componentes como la batería o el motor eléctrico, alargando su vida útil.
  • Elimina la necesidad de cambios de aceites estacionales.
  • Presentan mayores prestaciones para motores que trabajen a bajas temperaturas, ya que el huelgo de los motores modernos tiende a ser cada vez menor requiriendo lubricantes poco viscosos que fluyan con rapidez,
  • Se comportan muy bien a altas temperaturas,resistiendo altas cargas al formar una capa lubricante más resistente.
  • Menor consumo de lubricante ya que el sellado en los segmentos es más eficaz y evita un paso excesivo de aceite a la cámara de combustión.
  • Menor consumo de combustible debido a la reducción de la fricción generada por los aceites con aditivos estabilizadores del índice de viscosidad.
  • Mejoran la capacidad frente a la oxidación por degeneración.

6.2.3-Aceites para motores de 2 Tiempos

Los aceites diseñados para motores de 2 Tiempos tienen la particularidad de contener unos aditivos que facilitan la disolución en gasolina (si es un engrase de mezcla combustible-aceite), suelen necesitar un aceite con un grado de viscosidad en torno al SAE 30.

En el caso de una lubricación separada como es el caso de los motores marinos, estos aditivos no están a penas presentes, estos aceites producen menos residuos durante la combustión que los de lubricación por mezcla.


 

7-Clasificación de los Aceites de Motor

clasifia.jpg

7.1- Por su Viscosidad

La Society of Automotive Engineers (SAE), a principios de siglo XX estableció la primera clasificación de aceites de motor basada en la propiedad de la viscosidad sin tener en cuenta la calidad, el índice de aditivos o el servicio para el cual está destinado. Esta clasificación ha conseguido establecerse como modelo alcanzando una designación de un standar ISO.
(Ver apartado 6.2)

7.2- Por el tipo de Servicio

Los aceites pueden clasificarse atendiendo a las diferentes calidades que presentan, para ello se somete al lubricante a determinados ensayos.

En los ensayos se determinan diversas propiedades de los aceites tales como:

  • Capacidad frente a la oxidación a altas temperaturas
  • Control de la formación de depósitos
  • Viscosidad a altas temperaturas.
  • Fluidez a bajas temperaturas
  • Control de emisiones contaminantes

Existen una serie de organismos encargados de calificar y clasificar los aceites lubricantes, a diferencia de la normativa SAE que se basa en la propiedad de la viscosidad, estas normas se basan en la calidad del aceite, dichas normas son:

  • API (American Petroleum Institut) en Estados Unidos
  • ACEA (Asociación de Constructores Europeos de Automóviles)

A parte de estas normas, existen organismos de clasificación militares o específicas de fabricantes enfocadas a cumplir las últimas normativas antipolución
véase  26º Normativa,Tecnologías y Modificaciones para reducir las emisiones de SOx y NOx a la atmósfera.

7.2.1-Clasificación API

La clasificación API es la empleada por la gran mayoría de fabricantes de aceites.
Su clasificación se basa en el estudio y comparación de las características de funcionamiento y el tipo de servicio al que está destinado el motor. Se divide en dos series:

  • La serie S, para motores de Ciclo Otto (Gasolina)
    Clasificación API serie S1.jpg
  • La serie C, para motores de Ciclo DieselClasificación API serie S

Nota*En muchos casos un mismo aceite cumple las especificaciones de ambas series.

7.2.2-Clasificación ACEA 

La clasificación ACEA (Asociación de Constructores Europeos de Automóviles) fue constituida en 1996 para sustituir a un antiguo organismo ya desaparecido, el CCMC (The comittee of Common Market Constructors)

Esta clasificación se divide en tres grupos:

  • Clase A, para motores de Ciclo Otto (Gasolina).
  • Clase B, para motores de Ciclo Diesel ligeros.
  • Clase C, específico apra proteger a los sistemas de tratamientos de gases de escape.
  • Clase E, para motores de Ciclo Diesel Pesados.

clasificacion-acea-lubricantes

Nota*Actualmente han desaparecido las designaciones específicas a motores de gasolina y Diesel definiéndose de forma conjunta para ambos tipos de motor (Clase A/B).



 

8-Bibliografía:

  • Motores Alternativos de Combustión Interna.  Autores:  Mariano Muñoz Rodriguez, Francisco Moreno Gómez y Jesús F. Morea Roy.

  • Los Aceites para Motores y la Lubricación de los Motores. Autor: A. Schilling

  • Motores. Autor: Santiago Sanz. Editorial: Editex.

  • Motores de Combustión Interna Alternativos. Editores: Prof. F. Payri y Prof. J. M. Desantes.

  • Departamento de enerxía e Propulsión Mariña da E.T.S.N.M de A Coruña.

  • maquinasdebarcos.wordpress.com

  • Castrol (Lubricantes Information)

  • Clasificación de los aceites lubricantes. Autor: Jose Antonio Pérez Galera

 

 



 

 

Comments
3 Responses to “31º Teoría de Lubricantes”
  1. Muy completa la información, excelente trabajo.

    Le gusta a 1 persona

  2. MARTIN WILLENBERG dice:

    Muchisimas pero muchisimas gracias por el aporte. Tengo que hacer un coloquio sobre lubricantes y me surgieron algunas dudas. hay algun inconveniente si le hago algunas consultas. Mi correo es tincho_mhw@hotmail.com. Desde ya gracias.
    Saludos

    Le gusta a 1 persona

  3. emerik geddly miranda suyo dice:

    Gracias por tan semejante informacion…..

    ________________________________

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