CÓMO USAR LOS ACEITES PARA MOTOR Y MEJORAR EL AHORRO DE COMBUSTIBLETODO LO QUE NECESITA SABER SOBRE LA VISCOSIDAD A ALTA TEMPERATURA Y ALTO CORTE

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Alentados por las regulaciones gubernamentales en todo el mundo, los fabricantes de equipos originales (Original Equipment Manufacturers, OEM) de motores para trabajo pesado están trabajando para lograr un mayor ahorro de combustible y una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Una de las maneras en que se puede lograr estos objetivos es, en parte, mediante el uso de aceites para motor de viscosidad a alta temperatura y alto corte (HTHS) menor, pero ¿qué es HTHS?

En este informe técnico, se analiza lo siguiente:

1. ¿Qué es HTHS?

2. Ahorro de combustible frente a protección del motor

3. Las últimas categorías de aceites para trabajo pesado

4. Uso de optimizadores del índice de viscosidad para regular la viscosidad del aceite

5. Tabla de grados de viscosidad SAE J300 para aceites para motor

6. Impacto de la degradación del aceite “en uso” en HTHS

¿QUÉ SIGNIFICA VISCOSIDAD A ALTA TEMPERATURA Y ALTO CORTE (HTHS)?La viscosidad HTHS es la manera de medir la capacidad del aceite totalmente calentado (150 °C/302 °F) para fluir dentro de los espacios estrechos entre las piezas del motor que se mueven a alta velocidad.

La HTHS se produce en áreas de contacto, como la interfaz anillo-camisa, contactos válvula-tren y engranajes. Bajo las Clasificaciones de viscosidad de aceites para motor SAE J300, esto significa bajo condiciones de alto corte entre 1,0 a 1,4 x 106 s-1, según el método de prueba utilizado.

La viscosidad HTHS se mide en milipascal segundo (mPa s) o centipoise (cP).

Menor HTHS = Mejor ahorro de combustible

Cuando se observa bajo temperaturas operativas normales (70 a 100 °C/158 a 212 °F), la viscosidad HTHS del aceite para motor es inversamente proporcional a la capacidad de ahorro de combustible.

De acuerdo con investigaciones académicas, una HTHS menor mejora potencialmente el ahorro de combustible a una tasa entre el 0,5 % y el 2,0 % por cada reducción de 0,5 cP en la HTHS, en función del tipo de motor y las condiciones de funcionamiento.

Una HTHS demasiado baja puede generar impacto en la durabilidad

Una película de aceite de menor grosor puede ocasionar una mayor fricción y desgaste. También puede causar:

• Pérdida permanente de la viscosidad debido a las condiciones de corte a alta temperatura del aditivo optimizador del índice de viscosidad

• Menor presión de aceite en ralentí con el aceite totalmente calentado

En resumen

Una viscosidad HTHS menor tiende a mejorar la eficiencia del consumo de combustible, lo que reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. No obstante, una viscosidad HTHS mayor ofrece mejor protección antidesgaste, por lo que se debe mantener un equilibrio delicado al formular el aceite para motor.

AHORRO DE COMBUSTIBLE FRENTE A PROTECCIÓN DEL MOTOR

Cómo encontrar el equilibrio adecuado

El aceite para motor mantiene protegidos los componentes internos vitales y ayuda a garantizar que el motor funcione con la máxima eficiencia. El elemento vital del motor, el aceite para motor para trabajo pesado, es esencial para el buen funcionamiento de una flota, pero es importante encontrar un equilibrio adecuado entre protección y facilidad de movimiento: el aceite debe ser lo suficientemente espeso para mantener la separación de las partes críticas, pero lo suficientemente delgado como para permitir un encendido del motor con ahorro de combustible.

Una viscosidad HTHS suficiente crea una película de aceite protectora entre las piezas móviles. Esta característica es fundamental para evitar el desgaste del motor en el área de la interfaz anillo-camisa.

La viscosidad HTHS se mide con el método de prueba ASTM número D4683. En este método, se introduce el aceite entre un rotor y un estator a una temperatura determinada. En el caso de los aceites para motor diésel para trabajo pesado, esa temperatura se establece en 150 °C (302 °F). El rotor experimenta un torque reactivo causado por la resistencia del aceite al flujo (fricción por viscosidad) y se usa el nivel de respuesta de este torque para cuantificar la viscosidad HTHS.

LAS ÚLTIMAS CATEGORÍAS DE ACEITES PARA TRABAJO PESADOEl impulso para mejorar el ahorro de combustible entre los fabricantes de motores se ha llevado a cabo durante un tiempo y, para lograrlo, la industria se ha volcado hacia soluciones de menor viscosidad, como lo demuestra el lanzamiento de las categorías de aceite API CK-4 y FA-4, en diciembre de 2016.

• La categoría API FA-4 especifica una viscosidad HTHS entre 2,9 y 3,2 cP.

• La categoría API CK-4 especifica una viscosidad HTHS igual a o mayor que 3,5 cP.

Los aceites API FA-4 con menor HTHS ofrecen una mayor eficiencia potencial del consumo de combustible, pero se limitan a motores diseñados para funcionar con estos aceites de menor viscosidad HTHS. Esto excluye a algunos motores más antiguos que se encuentran en flotas existentes, ya que el aceite no se diseñó para los componentes de los motores más antiguos.

Los aceites API FA-4 de menor viscosidad minimizan las pérdidas por fricción entre los componentes móviles del motor y reducen las pérdidas por bombeo y rotación, lo que da como resultado una menor resistencia a la viscosidad y un mayor ahorro de combustible. Esta característica permite que los motores funcionen de manera más eficiente y consuman menos combustible, al tiempo que ofrece niveles mejorados de protección antidesgaste al llevar aceite de manera también más eficiente a las piezas móviles dentro del motor.

Adopción de aceites de baja viscosidad HTHSLos fabricantes de motores pueden haber comenzado a adaptar el diseño de sus motores a los requisitos de la categoría FA-4, lo que permite que los usuarios finales alcancen el mayor ahorro de combustible que ofrecen los aceites de baja viscosidad HTHS.

Los aceites API CK-4 con viscosidad HTHS igual a o mayor que 3,5 cubrirían la flota heredada, además de todos los motores nuevos que requieran mayor viscosidad HTHS para protección antidesgaste (por lo general, uso fuera de carretera).

Entre abril de 2013 y enero de 2015, SAE incorporó tres nuevos grados de viscosidad a su estándar de grado de viscosidad J300 y clasificación de aceites para motor (consulte la Tabla de grados de viscosidad SAE J300 para aceites para motor).

En busca de mayor ahorro de combustible, ofrecen:

• Categoría SAE 16: 2,3 mPa·s (mín.)• Categoría SAE 12: 2,0 mPa·s (mín.)• Categoría SAE 8: 1,7 mPa·s (mín.)

En la actualidad, estos grados de viscosidad con un valor HTHS significativamente menor solo se aplican a los componentes de automóviles de pasajeros.

La demanda de un mayor ahorro de combustible continuará y, por ende, los fabricantes de lubricantes se esfuerzan continuamente por obtener aceites de menor viscosidad HTHS. En Lubricantes Petro-Canada, nos preguntamos “¿qué tan bajo podemos llegar?” y probamos aceites con una viscosidad HTHS por debajo de 2,9 cP. Aún es importante considerar el equilibrio entre protección y facilidad y movimiento, pero si podemos demostrar que un aceite 0W-20 puede proteger tan bien como un 10W-30 o un 15W-40 y aún brindar los beneficios de ahorro de combustible, podría ser un verdadero paso adelante en el futuro de los aceites para motor.

USO DE OPTIMIZADORES DEL ÍNDICE DE VISCOSIDAD PARA REGULAR LA VISCOSIDAD DEL ACEITETodos los aceites deben permitir que los motores funcionen en un amplio rango de temperaturas, así como reducir al mínimo el desgaste. Para lograr esto, los encargados de formular los aceites para motor confían en los optimizadores del índice de viscosidad (Viscosity Index Improvers, VII) para disminuir los efectos de la temperatura sobre la viscosidad y brindar el rendimiento requerido tanto en condiciones de operación de bajo corte como de alto corte. Los VII ayudan a regular las características de viscosidad para garantizar un equilibrio adecuado entre el flujo de aceite y el espesor de la película de aceite.

Los VII son de composición polimérica y pueden cortarse bajo tensión mediante fuerzas mecánicas. Este corte es la principal fuente de pérdida de viscosidad en un aceite para motor.

La industria automotriz adoptó varias pruebas para cuantificar el rendimiento del aceite para motor en un amplio rango de condiciones de temperatura y corte.

Bajas temperaturas

A bajas temperaturas, los VII funcionan para resistir el espesamiento de un aceite, lo que garantiza un flujo adecuado hacia y a través del motor, según el diseño. Los VII deben ser capaces tanto de mejorar las características de flujo en frío como de resistir la rotura debido al corte. Las líneas para el aceite y el sumidero son zonas con bajo corte. Cuando se encuentra un alto corte, por ejemplo, en los cojinetes del motor, los VII deben proporcionar el control de viscosidad tan necesario para garantizar un flujo de aceite correcto y la protección de los componentes vitales del motor.

Alta temperatura

A temperaturas elevadas, los VII funcionan para resistir la dilución de un aceite, lo que garantiza un espesor de película adecuado y una lubricación límite en todo el motor. Los VII deben ser capaces tanto de mejorar las viscometrías a altas temperaturas como de resistir la rotura debido al corte. A altas temperaturas, se ven condiciones de bajo corte en trayectorias de fugas (sellos de aceite, detrás de los anillos del pistón) y tener una viscosidad demasiado baja puede afectar el consumo de aceite.

Prueba de viscosidad HTHS

Esta prueba mide la viscosidad e indica qué tan espesa puede ser la película de aceite durante operaciones exigentes a alta velocidad en los componentes críticos. Es posible que un aceite demasiado diluido en estas condiciones no proporcione la protección lubricante necesaria, lo que podría provocar un desgaste significativo de las piezas críticas del motor.

CAPACIDAD DE BOMBEO MRV, PUNTO DE FLUIDEZ, ÍNDICE DE GELIFICACIÓN

controlado por PPD

CONSUMO DE ACEITEKV 100 ºC

ARRANQUE DEL MOTOR/CAPACIDAD DE ARRANQUE CCS

DESGASTE Y AHORRO DE COMBUSTIBLE HTHS 150 ºC

TEMPERATURA BAJA TEMPERATURA ALTA

ALT

O C

OR

TE

BA

JO C

OR

TE

IMPACTO DE LA DEGRADACIÓN DEL ACEITE “EN USO” EN HTHSDurante los ciclos de funcionamiento normal, la viscosidad del aceite se ve afectada por varios procesos físicos y químicos que, a su vez, tienen un impacto en el valor HTHS con el transcurso del tiempo:

• Reducción de la viscosidad aparente debido al corte mecánico del polímero VII.

• Contaminación por combustión incompleta: El hollín puede aglomerarse en partículas de mayor tamaño y aumentar la viscosidad aparente si no se dispersa correctamente.

• La oxidación térmica puede aumentar la viscosidad aparente del aceite.

• La dilución con combustible puede reducir la viscosidad.

Los aceites para motor bien formulados minimizarán el cambio en la viscosidad y mantendrán un valor de viscosidad HTHS más estable durante todo el intervalo entre cambios de aceite.

AUTORES Y FUENTESAcerca del autor

Darryl Purificati es el enlace técnico con el OEM, en Lubricantes Petro-Canada.

Fuentes

1. Basar, Paul y Chris Meldrum. Impulsores globales de aceites para motor con un grado menor de viscosidad. PCEO: Sitio web de Lubrizol.

2. SAE International. SAE J300: Clasificación de la viscosidad de los aceites para motores.

3. Sitio web de Oronite: https://www.oronite.com/paratone/viscositybasics.aspx

Grado de viscosidad

SAE

Viscosidad de arranque a baja

temperatura (ºC)3, mPa-s, máx.

Viscosidad de bombeo a baja

temperatura (ºC)4, mPa-s máx., sin

tensión de fluencia4

Viscosidad cinemática con baja

velocidad de corte5 (mm2/s) a 100 ºC, mín.

Viscosidad cinemática con baja velocidad

de corte5 (mm2/s) a

100 ºC, máx.

Viscosidad con alta velocidad de corte6,

(mPa-s) a 150 ºC, mín.

0W 6200 a -35 60.000 a -40 3,8

5W 6600 a -30 60 000 a -35 3,8

10W 7000 a -25 60 000 a -30 4,1

15W 7000 a -20 60 000 a -25 5,6

20W 9500 a -15 60 000 a -20 5,6

25W 13 000 a -10 60 000 a -15 9,3

8 4,0 <6,1 1,7

12 5,0 <7,1 2,0

16 6,1 <8,2 2,3

20 6,9 <9,3 2,6

30 9,3 <12,5 2,9

40 12,5 <16,3 3,5 (grados 0W-40, 5W-40 y 10W-40)

40 12,5 <16,3 3,7 (grados 15W-40, 20W-40, 25W-40 y 40)

50 16,3 <21,9 3,7

60 21,9 <26,1 3,7

1. Nota: 1 mPa·s = 1 cP; 1 mm2/s = 1 cSt.

2. Todos los valores, a excepción de la viscosidad de arranque a baja temperatura, son especificaciones cruciales según el estándar ASTM D3244.

3. ASTM D5293: viscosidad de arranque; el protocolo opcional de la especificación de ASTM D3244 se aplicará con un valor P de 0,95.

4. ASTM D4684: téngase en cuenta que la presencia de cualquier límite elástico que se pueda detectar con este método constituye una falla independientemente de la viscosidad.

5. ASTM D445.

6. ASTM D4683, ASTM D4741, ASTM D5481 o CEC L-36-90.

TABLA DE GRADOS DE VISCOSIDAD SAE J300 PARA ACEITES PARA MOTORPrecaución: Los rangos de viscosidad cinemática para los grados de viscosidad SAE 8 a SAE 20 se superponen parcialmente. La manera de asignar un solo grado de viscosidad a un aceite para motor que cumple con las especificaciones de viscosidad cinemática de más de un grado se trata en la Sección 6 de los Estándares de clasificación de viscosidad de aceites para motor SAE J300.

TM Propiedad o uso bajo licencia. LUB3431S (2020.07)