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LUBRICACIÓN EN MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA“Un manual que cambiará tu forma de conducir”

Damián de Torres © Copyright

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DEDICATORIA

“a Tres, del que aprendí algunas cosas importantes”

COLABORAN

Manuel Glez Pérez & Carlos Álvarez A.

Índice

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1. Fricción entre metales y lubricación. Propiedades de los lubricantes.

2. Viscosidad e Índice de viscosidad.

4.- Sistema de Lubricación de un Motor de

cuatro tiempos.

3. Clasificación de los aceites.

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1.- Fricción entre metales y lubricaciónDurante el funcionamiento de un motor de combustión, diversas piezas están en contacto, y además en movimiento relativo (unas con respecto a otras). La fricción entre piezas significa desgaste, aumento de temperatura y dilatación. Es un fenómeno que se retroalimenta: a mayor dilatación, mayor fricción; y a mayor fricción, mayor desgaste y aumento de temperatura; y así sucesivamente.

Un motor al que se hace funcionar sin aceite lubricante, solo será capaz de sobrevivir unos pocos minutos antes de su destrucción, o al menos, de una grave avería.La fricción entre piezas del motor es inevitable pero puede reducirse notablemente dependiendo de varios factores, siendo los más importantes:

a) La fuerza que deben soportar y que tiende a mantenerlas en contacto. A mayor fuerza es más difícil mantenerlas separadas.

b) El acabado o pulido de sus superficies. Cuanto menos pulidas son las superficies, mayor es la fricción entre ambas.

c) La naturaleza y composición de dichas piezas. Los distintos metales tienen valores de dilatación diferentes. Los materiales cerámicos tienen valores de dilatación más reducidos.

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Cuando una superficie se desliza en contacto con otra, aparece resistencia a dicho movimiento dependiendo de los factores que hemos mencionado. Es importante minimizar la fricción entre las partes móviles ya que consume energía y produce desgaste de las mismas.

El coeficiente de fricción, es la relación entre la fuerza resistente de fricción dividida por la carga que soportan o fuerza que tiende a mantener las piezas en contacto. El coeficiente de fricción depende de la naturaleza de las dos superficies en contacto. Cuando se mantienen

d) La existencia o no de un fluido que se interponga entre ambas superficies.

e) La viscosidad de dicho fluido.

f) La inclinación relativa o ángulo que forman las superficies de dichas piezas en la dirección del desplazamiento. Si las superficies son paralelas entre sí, es muy difícil mantener una lubricación fluida de las mismas. En resumen, el lubricante no tiene tendencia a permanecer entre ambas.

g) La velocidad de desplazamiento entre las superficies. Bajo la acción de la carga, las superficies en movimiento, tenderán a entrar en contacto cuando el equipo pare y hasta que se produzca el nuevo arranque.

h) El tipo de movimiento: el circular continuo, como el que se produce en el pie de biela;

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FUENTE: settima

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lubricadas las superficies, se reduce el coeficiente de fricción y por lo tanto, la fuerza necesaria para producir el movimiento relativo.

Fr = η 𝑄

Indica que la fuerza resistente al avance Fr es proporcional a la carga Q perpendicular a la superficie de contacto (o fuerza que tiende a mantenerlas en contacto). Aunque podríamos pensar que también depende de la superficie de contacto S, lo cierto es que no. Si la carga se reparte en mayor o menor superficie, no influye sobre la Fuerza resistente Fr. El factor de proporcionalidad η es el coeficiente de fricción estática, y es adimensional.

La fuerza necesaria para que una superficie comience a deslizarse sobre otra equivale a la fricción estática, y siempre es mayor que la fricción dinámica, que es la fuerza necesaria para que ambas superficies se mantengan en movimiento una vez que éste comienza.Recordemos que la fricción entre piezas en contacto tiene sus consecuencias: el desgaste y el calor permiten que podamos hacer fuego frotando dos piezas de madera.

Leonardo (1452-1519) estudió las fuerzas que intervienen al deslizar un bloque rectangular sobre una superficie plana, sentando las bases para el conocimiento de la fricción entre sólidos. Tuvieron que pasar muchos años hasta que Amontons (1663-1705) sentara las bases de la fricción en seco entre sólidos:

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● La fricción se opone al movimiento de un bloque sobre un plano

● La fricción es proporcional a la fuerza perpendicular al plano del deslizamiento

● Es independiente de la superficie de contacto.

Casi un siglo después, Coulomb (1736-1806) añadió una observación interesante: una vez comenzado el movimiento, la fuerza resistente es independiente de la velocidad.Cuando un bloque descansa sobre un plano horizontal, la fuerza normal entre ambos coincide con el peso del bloque, pero si inclinamos el plano se empieza a favorecer el deslizamiento.

La fuerza normal disminuye al aumentar la inclinación. Fn = Q cos g.Si aumentamos la inclinación hasta un ángulo límite gl, comenzará el deslizamiento. En este caso Ft = Q sengl = η Qcosgl, y por tanto η=tg gl

Cuanto menor es el coeficiente de fricción, menor debe ser la inclinación para que comience el deslizamiento. Hay un ángulo g para el que coincide sen g=cos g. Surge una pregunta: Puede ser η mayor que 1?. De hecho un ´pequeño imán se mantiene unido a nuestra nevera aunque g=90º. En este caso, a la fuerza Q (peso) que tiende a deslizarse verticalmente, se oponen la fuerza de atracción magnética, que debe ser mayor, y eventualmente pueden sumarse otras fuerzas adherentes o de soldadura en frío.

La lubricación es la acción o efecto de interponer una materia (generalmente un fluido) entre dos superficies que se encuentran inicialmente en contacto con el fin de reducir la fricción entre ambas cuando comienza su movimiento relativo. Será un lubricante cualquier fluido, sólido o gas que consiga dicho efecto.

Como hemos dicho, se trata de interponer una película para separar las superficies que están en movimiento relativo con el fin de separarlas y que sea menor la fuerza necesaria de desplazamiento.

Normalmente es un aceite el que actúa como lubricante, formando una película entre las dos superficies. La fricción entre las piezas se sustituye por la fricción interna entre las capas del propio fluido, que es mucho menor. Al evitar el contacto entre piezas, además

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reduce el desgaste y reduce buena parte de la pérdida de energía que se perdería en forma de calor, que es irrecuperable. Por tanto, además de que ahorra energía y reduce el desgaste, en el motor de combustión también colabora al equilibrio térmico del mismo realizando una labor de refrigeración adicional a la del fluido refrigerante del motor.

Del total de energía generada en un motor de un vehículo bien lubricado, un porcentaje elevado (en torno al 20%) se pierde en superar la fricción entre sus piezas.

Con la lubricación se persigue que las superficies móviles en contacto estén completamente separadas por una película de lubricante. Esta situación se conoce como lubricación hidrodinámica o lubricación de película gruesa. El espesor de la película de aceite depende entre otros factores de la viscosidad del lubricante, que es una medida de su resistencia a fluir. En la lubricación hidrodinámica, el espesor del lubricante que mantiene las piezas separadas es mayor que la rugosidad de las superficies.

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Media

Bajo distintas circunstancias, la película puede llegar a ser tan delgada que se aproxima a situaciones sin lubricación. Esto se define como lubricación límite. La carga se soporta por capas muy delgadas de lubricante, y no es tan eficaz.

La lubricación elastohidrodinámica, se produce en determinadas situaciones en que se soportan altas cargas. Ocurre en el caso de cojinetes y algunos tipos de engranajes. En estos casos el lubricante a medida que es comprimido bajo carga pesada, aumenta su viscosidad (aumenta también su capacidad de soportar carga). De forma general, un incremento de la carga tiende a disminuir la película de aceite.

El lubricante es una sustancia (sólida, líquida o gas) que reemplaza la fricción entre dos piezas en movimiento relativo por la fricción interna de las moléculas del lubricante, que es mucho menor.

El lubricante gaseoso consiste en una corriente de aire u otro gas a presión que separe las piezas en movimiento. Entre los lubricantes líquidos, los más conocidos son los aceites de origen mineral, vegetal, o sintético de los que existe una amplia gama. Los lubricantes semisólidos más comunes son las grasas lubricantes.

No se debe olvidar la existencia de lubricantes sólidos como el disulfuro de molibdeno (MoS2), la mica, el grafito, y el litio. A menudo se combinan con grasas lubricantes.

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Según su naturaleza, el aceite lubricante puede ser mineral, que es el proveniente del refinado del petróleo. Los aceites minerales se clasifican en función de su calidad y pureza. Se caracterizan por su bajo índice de viscosidad natural por lo que necesitan de aditivos para mejorar sus propiedades.

Los lubricantes sintéticos no tienen origen natural y se elaboran para buscar determinadas propiedades como la mayor resistencia térmica o mejores propiedades anti-desgaste. Su proceso de elaboración suele ser más costoso que los de origen mineral. Otras propiedades que se pueden conseguir son la menor variación de viscosidad con la temperatura y la resistencia a la oxidación, así como un elevado índice de viscosidad natural. También se busca un coeficiente de tracción bajo, para reducir el consumo de energía.

Entre los lubricantes sintéticos podemos destacar:

1.- HIDROCRACK 2.- PAO

3.- PIB 4.- ESTER

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1.- Hidrocrack. De origen orgánico, se obtiene mediante un proceso de hidrogenización de la base mineral. Su coste de producción es relativamente bajo, por lo que es el más utilizado y su base es un aceite procedente de la destilación del petróleo.

2.- Pao. Es más complejo que el grupo anterior e incluye un aditivo de la familia de las Poli-Alfaolefinas que le da una importante estabilidad en cuanto a su comportamiento a distintas temperaturas y reduce la volatilidad del aceite resultante.

3.- Pib. Su principal aplicación es como aceite para motores de combustión de 2 tiempos, en que la mezcla pasa a la cámara de combustión tras haber lubricado bielas y cigüeñal, etc. Las ventajas son su buena combustión y la reducción de humo en los gases de escape. Su base es sintética.

4.- Ester. Tiene también una base sintética obtenida, como su nombre indica, de la reacción de un ácido graso con un alcohol. Resiste muy bien las altas temperaturas (hasta más de 300ºC) y es muy adhesivo a las superficies metálicas. Por contra debemos indicar que es más costoso de producir que los anteriores por lo que su empleo más común es en coches de competición y motores de aviación.

Son lubricantes semi-sintéticos los que se obtienen de la mezcla de aceites sintéticos y minerales buscando conseguir ventajas de comportamiento y precio.Se conoce comoTribología la ciencia que estudia la lubricación.

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Propiedades de los lubricantes. Son varias las cualidades que pedimos a un buen aceite lubricante. Debe tener una viscosidad adecuada a su temperatura normal de trabajo. Es importante que no se degrade fácilmente, y que no se combine con el oxígeno si está en contacto con el aire. Que no forme depósitos de carbón, ni tener tendencia a la formación de lodos que se depositan en el carter (o depósito de lubricante); ni ácidos que puedan afectar negativamente a las piezas. Que no se congele a bajas temperaturas, y otras muchas cualidades. Para poder determinar cual debemos elegir debemos determinar la misión que deba desempeñar y en qué condiciones.

La viscosidad es una propiedad de los fluidos y se refiere a la resistencia que dicho fluido opone al movimiento interno de sus moléculas, y depende por tanto, del mayor o menos grado de cohesión que existe entre estas. Cuanto menor es la viscosidad, es más difícil que mantenga una película estable entre las superficies que se intenta lubricar. Por el contrario una viscosidad muy alta dificulta y restringe el movimiento relativo entre las piezas. La viscosidad de un aceite mineral disminuye al aumentar la temperatura.

El índice de viscosidad, indica la variación de viscosidad del aceite con la temperatura.Al aumentar la temperatura de un aceite mineral, se vuelve más fluido y su viscosidad disminuye; por el contrario, cuando el aceite se somete a temperaturas bajas, se vuelve más espeso y su viscosidad aumenta.

Untuosidad. La propiedad que representa la adherencia del aceite a las superficies metálicas. Es importante cuando el espesor de la película de aceite se reduce al mínimo, sin llegar a la lubricación límite.

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Capacidad antioxidante y anticorrosiva. El aceite se oxida con mayor o menor tendencia espontánea y existen diversos factores que influyen en la misma. Las elevadas temperaturas favorecen todos las reacciones químicas. Las elevadas presiones; la presencia de agua o de ácidos. Las partículas metálicas actúan como catalizadores y favorecen algunas reacciones. Por supuesto, el contacto con el aire. En el interior de motores parados durante largos periodos de tiempo, el aceite también tiende a oxidarse.

El punto de inflamación. En un ensayo a temperatura creciente de un aceite, es la temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos se inflaman en presencia de una llama. Si se prolonga el calentamiento, el aceite se incendia de modo más o menos permanente, ardiendo durante unos segundos. Esa temperatura se considera como “punto de combustión”. En el ensayo a temperatura descendente, el punto de congelación es la temperatura a partir de la cual el aceite pierde sus características de fluido para empezar a solidificarse.

Acidez. Una vez que el aceite ha recibido los aditivos necesarios para obtener las cualidades que se le pedían, el producto terminado puede presentar una reacción ácida o alcalina. En un aceite lubricante, un grado de acidez elevado es perjudicial y debe ser corregido.

El índice de basicidad T.B.N. (O Total Base Number) es la propiedad del aceite que le permite neutralizar los ácidos formados por la combustión en los motores. Está relacionado con la vida residual que puede tener un aceite que lleva horas trabajando en el interior del motor.

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La propiedad detergente del aceite está relacionada con su capacidad para mantener el motor limpio al llevarse las impurezas en suspensión coloidal, sobre todo, las partículas carbonosas procedentes de la combustión. Esta capacidad permite poner en circulación partículas y depósitos formados en un motor.

La capacidad dispersante hace referencia a la capacidad para mantener en suspensión las partículas y evitar que se depositen en las piezas, los circuitos o el fondo del carter. También está relacionado con el tamaño de las partículas dificultando que se agreguen entre sí. En la siguiente figura vemos con lupa de aumento el efecto de un aceite normal y uno dispersante sobre las partículas en suspensión.

Propiedad antiespumante, evita o disminuye la formación de burbujas que transportan aire al circuito de lubricación y favorece la oxidación del lubricante.

Cuando nos dicen en un taller que podemos cambiar la marca del lubricante que utilizamos normalmente, siempre que elijamos otro con el mismo índice de viscosidad… ¿Nos están dando un buen consejo?

IMPORTANTE

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Lo cierto es que no. Los distintos fabricantes de aceite lubricante emplearán diferentes aceites minerales base. El “cocinado” del aceite, que es como se conoce el añadido de distintos tipos de aditivos en cantidad y cualidad hasta conseguir las propiedades que consideran adecuadas, hace que dos aceites con el mismo índice de viscosidad (por ejemplo 20W40) tengan una composición muy diferente (aceite base y aditivos) en función de la marca que hayamos elegido.

A altas temperaturas y en contacto con agua y residuos, pueden reaccionar los componentes de ambos aceites formando lacas, barnices y distintos compuestos que se pueden adherir a las piezas o se depositan en el fondo del cárter.

Un aceite con aditivos detergentes eficaces, puede hacer que se desprendan y pongan en circulación partículas y depósitos formados anteriormente en el motor.

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El cambio de aceite

El procedimiento ideal para cambiar de marca de aceite es: 1) vaciar completamente el aceite anterior. 2) Poner en el motor un “aceite de lavado” y eliminar este, y el filtro de aceite.Existen otros procedimientos diferentes para realizar el “lavado” de un motor si vamos a cambiar de marca de aceite:

1.- Se introduce un aceite especial con muy pocos aditivos, por ejemplo un aceite empleado para circuitos hidráulicos, porque trabaja a temperatura ambiente, sin contacto con el aire, y por tanto tiene menor riesgo de oxidación y de acidificación. Con el vehículo estático (sin circular) se hace funcionar el motor a temperatura de trabajo.Después se vacía el aceite completamente y se cambia el filtro.

2.- Se introduce un aceite con especial capacidad detergente y dispersante, con el fin de remover los depósitos acumulados, facilitando que el aceite fluya y llevando las partículas desprendidas al filtro para ser retenidas. Igual que en el caso anterior, se hace funcionar el motor a temperatura de trabajo, se tiene así durante 30-45 minutos. Después se vacía el aceite completamente y se cambia el filtro.

3.- Se introduce un aceite con especial capacidad detergente y dispersante, si es posible de la misma marca y fabricante del que queremos establecer como como nuestro próximo lubricante. Se circula con el vehículo de forma normal y transcurrido un tiempo (por ejemplo después de 1.000 Km recorridos) se vacía el aceite, y se cambia el filtro.

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La capacidad demulsible hace referencia la facilidad con que el aceite se separa del agua. Lo contrario sería la emulsibilidad.

El color de un aceite puro puede dar idea de su origen y de su grado de refinado. El color se altera mediante aditivos para darle aspecto y apariencia más atractivos. También se pueden añadir aditivos fluorescentes con el mismo fin.

El peso específico y la densidad nos dan referencia de su peso y masa por unidad de volumen y en general se hace con relación al agua, cuya densidad se considera la unidad cuando se encuentra a 15ºC.

Hay otras propiedades que nos pueden interesar en los aceites. Podemos estar interesados en su capacidad aislante: en se encuentran en aceites minerales puros, con características dieléctricas, que no deben contener impurezas, aditivos ni agua para asegurar su capacidad aisladora. Se utilizan en la industria eléctrica (transformadores, etc.).

Otras propiedades que definen los aceites son: Color por reflexión y por transparencia; fluorescencia; índice de refracción; compresibilidad; plasticidad y consistencia; capilaridad; autoinflamación; volatilidad; fusibilidad; calor específico; poder de inducción específico; rigidez dieléctrica; formación de depósitos; solubilidad; formación de geles; peptización; floculación, separación, filtración; contenido en cloro, fósforo, calcio, bario, y otros metales; índice de saponifiación; índice de yodo; contenido en cenizas; contenido en azufre; carbono residual; materias precipitables; materias insolubles en pentano normal; materias insolubles en benceno; …

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Aceites combustibles: se emplean para la combustión en los motores, mezclados con el combustible. Se persigue que no dejen residuos ni provoque humos.

Aceites de freno: se emplean en los circuitos hidráulicos de frenado, y deben tener una viscosidad muy estable con la temperatura, y ser neutros para no alterar los retenes y las juntas de goma del circuito.

En realidad son pocos los aceites vegetales de empleo en automoción. Uno de ellos es el aceite de ricino, y se usa como lubricante en motores de competición, basado en sus propiedades como su pequeña variación de viscosidad con la temperatura; su capacidad adhesiva; y su bajo punto de congelación. Por el contrario, hay que indicar su facilidad de oxidación y para generar depósitos. Se hicieron ensayos para mezclarlo con aceites minerales, dando resultados razonablemente buenos. En la actualidad está prácticamente en desuso. En la industria farmacéutica y es cosmética se denomina “castor oil”.

Las propiedades anteriormente citadas son objeto de ensayos para su determinación, ya sea en laboratorio o mediante pruebas mecánicas a escala reducida. ASTM International (American Society for Testing Materials) y SAE (Society of Automotive Engineers) International, ofrecen a ingenieros y a profesionales de la industria una información valiosa para profundizar en los fundamentos de la lubricación para automóviles y los métodos de prueba para lubricantes

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La Viscosidad es la resistencia que un fluido opone a cualquier movimiento interno de sus moléculas, dependiendo por tanto, del mayor o menos grado de cohesión existente entre estas.

Cuando una superficie se desplaza con respecto a otra pero mantiene una cierta inclinación, y entre las dos superficies se interpone un líquido viscoso, este tiende a permanecer entre las dos superficies y es capaz de soportar la carga normal entre ambas. Como consecuencia, en el líquido se genera un gradiente de presión* Este tipo de lubricación se llama lubricación fluida. Este efecto desaparece y por tanto deja de soportar carga en las siguientes circunstancias: a) si las superficies llegan a ser paralelas o con excesiva inclinación. b) si la velocidad relativa desparece. c) si la viscosidad es insuficiente.

Esta propiedad es tan importante, porque impide la fricción entre las piezas. A igualdad de viscosidad y de condiciones de utilización, el aceite dotado de mayor untuosidad produce menor coeficiente de rozamiento.

2.- Viscosidad e Índice de viscosidad

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*Se llama gradiente de un escalar, al vector cuyas componentes se obtienen por derivación parcial del escalar respecto a cada una de las coordenadas. La operación gradiente permite determinar la variación de una magnitud escalar en una determinada dirección.

Otra forma de entender la viscosidad es como propiedad que estudia el rozamiento interno de un fluido, o bien, la fuerza que es necesario aplicar a una capa líquida para que se deslice sobre otra en contacto con ella. Tiene el sentido físico de resistencia a un esfuerzo cortante (o de cizalladura).

En el interior de un líquido viscoso en movimiento, cuando una capa se mueve más rápidamente que la adyacente tiende a arrastrar a esta, y equivale a aplicar un esfuerzo tangencial que es proporcional al vector gradiente de velocidad (considerada esta como escalar):

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Esta igualdad solo es válida en módulos, pues F es normal al gradiente. Como igualdad escalar, para un líquido viscoso que circula por un conducto, se suele escribir así:

F = 𝜗 A dv/dr

La fuerza que se debe aplicar es proporcional (viscosidad) a la Superficie y a la variación de Velocidad entre capas adyacente a una distancia dr.

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En una tubería por la que circula un líquido viscoso en régimen laminar, las velocidades de sus diferentes partículas son paralelas y las capas concéntricas deslizan unas sobre otras.

· Sobre la capa definida entre los radios r y r+Δr actúan las fuerzas.F1 = 2 π r . h . 𝜗 dv/drF2 = - 2 π (r+Δr ) h 𝜗 (dv/dr + d2v/dr2 Δr)

· Como acción de contacto delas dos capas adyacentes. Además de las presiones P1 y P0F = π [(r+Δr)2 – r2] (P1 – P0) ≈ 2 π r Δr (P1 – P0)

· El movimiento uniforme exige el equilibrio de estas fuerzas F1 + F2 + F = 0 , por tanto2 π Δr [ r (P1 – P0) - h 𝜗 (r d2v/dr2 + dv/dr + d2v/dr2 Δr) ] = 0

· Y despreciando el término en segundo grado de Δrr (P1 – P0) - h 𝜗 (r d2v/dr2 + dv/dr) = 0

· o bien r (P1 – P0) - h 𝜗 d/dr (r dv/

· integrando, r2/2 (P1 – P0) - h 𝜗 r dv/dr + K = 0

· ó 2ℎ𝜗 (P1 – P0) – dv/dr + C/r = 0

· y volviendo a integrar 𝑟24ℎ𝜗 (P1 – P0) – v + C Lr + C´ =0

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· como parar = 0 ha de ser v finito → C = 0r = R ha de ser v = 0 → C´ = (P1 – P0)/(4ℎ𝜗) . R2

· Siendo R el radio de la tubería.Luego,

V = (P1 – P0)/(4ℎ𝜗) . (R2- r2)

· Lo que demuestra que el régimen de velocidades es parabólico

· El caudal de líquido por segundo seráQ = ∫ v ds = 𝑃1−𝑃04ℎ𝜗 ∫ (R2 – r2) 2 π r dr

· Y por tanto Q = 𝜋 (𝑃1−𝑃0)8 ℎ 𝜗 R4

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Y se conoce como fórmula de Poiseuille en honor de su inventor. Esta fórmula ofrece una relación entre viscosidad y caudal de líquido, por ejemplo el que fluye por un orificio normalizado en una condiciones determinadas de presión y temperatura y que permite determinar viscosidades cinemáticas relativas (en comparación con otros líquidos) en función del caudal medio.

La viscosidad cinemática se refiere a velocidades: o bien del líquido que sale por un orificio; o de una burbuja de aire que asciende en el interior del líquido viscoso; o de caída de una bola de acero en el interior del líquido. Si se compara con un líquido patrón, por ejemplo el agua, al que se da un valor unitario para unas condiciones de presión y temperatura, permite obtener medidas relativas. Este es el fundamento del viscosímetro Engler y se representa como ºE. Es un instrumento usado con frecuencia en Europa.

Como unidad absoluta su unidad en el sistema CGS es el Stoke (abreviado S o St), cuyo nombre proviene del físico irlandés George Stokes. 1 Stoke = 100 centistokes = 1 cm²/s = 0,0001 m²/s. Se obtiene como cociente de la viscosidad dinámica (o absoluta) y la densidad. En el Sistema Internacional es el (m²/s).

𝜗 = η/ρ y como ρ = ML-3 , tenemos que 𝜗 = ML-1 T-1 / ML-3 = L2 T-1

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El agua a 20ºC tiene una viscosidad cinemática de 1 cSt = 0,01 cm2 s-1

En la siguiente tabla se ofrece una relación aproximada entre las diversas unidades internacionales de medida de viscosidad cinemática.

La viscosidad dinámica está en relación con la fuerza que se necesita para mover una lámina de 1 cm2 de superficie con una velocidad de 1 cm/s a una distancia de 1 cm de una lámina en reposo. La unidad de medida es el Poise (P) o centipoise (cP).

Fuerza = η . Superficie . velocidad . 1/distancia. MLT-2 = η L2 . LT-1 . L-1Por tanto η = ML-1T-1 o bien η = F T L-2 ; 1 K p. s. m-2 = 98 .1 P = 98 10 c

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Los viscosímetros de medida dinámica miden el esfuerzo para mover unas paletas en el interior del fluido viscoso, en determinadas condiciones de temperatura, presión y volumen. El tarado previo de estos aparatos permite transformar las lecturas de su escala en unidades de viscosidad dinámica absoluta.

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Se debe llamar la atención, como recordatorio, que al estudiar la fricción se dijo que la fuerza necesaria para arrastrar un sólido sobre un plano no depende de la superficie de contacto y es muy importante la carga normal al plano de deslizamiento.

Por el contrario acabamos de ver en el apartado de viscosidad de un líquido, para arrastrar una capa de líquido sobre otra en contacto con ella, no hemos tenido en cuenta fuerza normal entre ambas capas de líquido, pero tiene gran influencia la superficie de contacto.

La fricción entre piezas y la lubricación de las mismas mediante un líquido viscoso están muy relacionados en la práctica, pero responden a principios físicos diferentes.

IMPORTANTE

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Veamos en la siguiente tabla las distintas unidades de viscosidad.

Índice de viscosidad: Se entiende como índice de viscosidad, el valor que indica la variación de viscosidad del aceite con la temperatura.

Siempre que se calienta un aceite, éste se vuelve más fluido, su viscosidad disminuye; por el contrario, cuando el aceite se va enfriando, se vuelve más espeso, o sea su viscosidad aumenta. Esta es una consecuencia muy desfavorable para la lubricación de un motor. Veamos un caso real de como varía la viscosidad dinámica con la temperatura. Con un programa informático se ajusta una parábola que lo representa con bastante exactitud.

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En el caso de una fábrica de motores que elige un lubricante que a la temperatura de funcionamiento de 75 ºC debe tener 38 cP. Cuando el motor se para y el aceite vuelve a temperatura ambiente, supongamos a 17.5 ºC, resulta que el aceite tiene una viscosidad de 570 cP. Esto significa que al arrancar en frío, las piezas van a tener mucha dificultad para ser lubricadas. En el tiempo que tarda el motor en calentarse, normalmente entre 1 y 2 minutos su desgaste va a ser mucho mayor de lo que sería conveniente.

Durante ese tiempo de calentamiento, el conductor tiene varias opciones: a) La más frecuente, que consiste en conducir con normalidad. Al cabo de un tiempo, cuando vuelve a mirar al cuadro, ve que la temperatura es la adecuada de funcionamiento y continúa su conducción normal. b) La peor opción, que consiste en subir el motor de vueltas para reducir el tiempo de calentamiento del motor. c) la mejor desde el punto de vista mecánico, consiste en mantener el motor al ralentí y esperar hasta que se caliente para iniciar la marcha. En caso de necesitar iniciar la marcha con urgencia, debería utilizar la caja de cambios para que el avance fuese a pocas revoluciones (en torno a 2.000 rpm para un motor de gasolina) y una vez caliente, continuar con la conducción normal.

Los mayores desgastes de las piezas del motor se producen durante la conducción en frío, porque la lubricación es deficiente. Un aceite demasiado viscoso no permite una lubricación fluida. El tiempo en que un motor funciona en frío puede ser menor del 1% del total, pero en ese tiempo no hay una buena lubricación.

IMPORTANTE

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Un lubricante ideal debería tener la misma viscosidad a cualquier temperatura, y uno de los mayores esfuerzos de los fabricantes consiste en conseguir mediante aditivos que la variación de viscosidad con la temperatura sea lo menor posible.

Otra forma de correlacionar satisfactoriamente la relación viscosidad-temperatura es mediante una ecuación empírica de la siguiente forma:

log log (𝜗 + c) = A + B log T en la que𝜗 = viscosidad cinemática en cSt T = Temperatura absolutaA , B = Constantes para cada aceite c = constante cuy o valor es 0, 6 si 𝜗 es 1, 5 o may or; 0, 65 si 𝜗 es menor de 1, 5 ; 0, 7 si 𝜗 es menorque 1, 0; y 0, 7 5 si 𝜗 es menor de 0, 7

Esta función es conocida como función de Walter o de Mc Coull presenta la particularidad y gran ventaja de que la representación entre las dos nuevas variables elegidas es una línea recta, y tiene una precisión razonable para un margen de temperaturas que oscile entre el punto de congelación y el punto de ignición del aceite. Fuera de este margen,la composición del aceite varía debido a la precipitación de ceras o a la pérdida de sus componentes más volátiles.

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Para el mismo aceite ensayado anteriormente, la representación recta viscosidad- temperatura del aceite es:

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Esta función es la base de los ábacos ASTM D341 – 17 Standard Practice for Viscosity-Temperature Charts for Liquid Petroleum Products.

En la página ftp://185.72.26.245/Astm/1/Section%2005/ASTM0501/PDF/D341.pdf se puede ver dicha norma.

Para muchos aceites minerales, de forma aproximada, un incremento de 14 Kp/cm2 de presión produce un cambio de viscosidad equivalente al que produciría una disminución de 1º F en su temperatura.

En la siguiente tabla de ASTM podemos ver la representación de algunos aceites: No. 1 corresponde a un aceite Light paraffin oil (o aceite de parafina ligero). El No. 2 es un California fraction; el No.3 es un Pennsylvania fraction; el No. 4 es una Kerosine. El No. 5 es un Wyoming naphtha; el No. 6 es un Pennsylvania naphtha.

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Índice de Dean y Davis. Se han propuesto muchos métodos para describir el comporta miento de un aceite con la temperatura, pero es quizá el índice de viscosidad propuesto por E.W. Dean y G.H.B. Davis el método de más común aplicación.

El índice se basa en las viscosidades a 100 ºF y a 210 ºF expresados en segundos Saybolt Universal de una serie de aceites base de Pennsylvania y una serie de aceites de Gulf Coast. Arbitrariamente se asignó índice 100 a los aceites de Pennsylvania por ser de naturaleza parafínica y tienen variaciones relativamente pequeñas de la viscosidad con la temperaura. Se asignó índice 0 a los aceites de la Gulf Coast por ser de naturaleza nafténica y presentar grandes variaciones de viscosidad con la temperatura.

En principio los demás aceites tendrán un comportamiento intermedio entre estos extremos y por tanto, se le podría asignar un I.V. intermedio por interpolación.

El aceite en ensayo se compara a 100 ºF con dos aceites de I.V. 0 e I.V. 100. Los aceites de referencia elegidos son aquellos de cada serie que a 210 ºF presenten la misma viscosidad que el aceite en ensayo.

I.V. = A −B A −C x 100

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Donde A, B y C son las viscosidades a 100 ºF del aceite de Gulf Coast; del aceite ensayado; y del aceite de Pennsylvania.

Un aceite será tanto mejor cuanto menor sea su variación de viscosidad con la temperatura (o mayor su I.V.). En el interior del motor, un aceite puede estar sometido a variaciones de temperatura de casi 200 ºC.

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Es fácil comprender que un aceite comercial al que se hayan añadido aditivos mejoradores del I.V. puede comportarse mejor que un aceite natural de Pennsylvania, es decir, que tenga un I.V. superior a 100.

Un aceite equiviscoso sería un aceite “ideal” sin variación de viscosidad. En la siguiente gráfica, se muestra el I.V. de dicho aceite equiviscoso en función de su viscosidad cinemática a 98,9 ºC (201 ºF). se trata de una curva de índice “techo” que representa los valores máximos que podría alcanzar un aceite real.

En esta gráfica podemos observar que un aceite que a la temperatura indicada (98,9ºC) tiene una viscosidad de 30 cSt y posea un I.V. de 110, estará más próximo del equiviscoso que otro aceite tenga 5 cSt con un I.V. de 130.

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3.- Clasificación de los aceitesClasificación en grados S.A.E. (Society of Automotive Engineers) ofrece información de la viscosidad de un aceite a dos temperaturas (-18ºC y 98,9ºC) y de su comportamiento viscosidad – temperatura.

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La viscosidad a baja temperatura (o para invierno-winter), van acompañados por la letra “W”. La viscosidad a alta temperatura no van acompañados por letra.

Veamos en forma gráfica como se representan los grados SAE

Se conocen como aceites monogrado aquellos cuyo comportamiento les confiere un uso en un rango de temperaturas de trabajo más reducido. Es el caso de SAE 30 o de SAE 10. Por el contrario, se denominan multigrado aquellos que tienen un rango de temperaturas de trabajo más amplia porque su variación de viscosidad con la temperatura es menor (ejemplo 10W30, 15W40, …)

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Las exigencias de lubricación de un motor rápido moderno dependen de diferentes factores:

A) Aquellos que dependen del constructor● Tipo de motor Gasolina o diésel De 2 o 4 tiempos Sobrealimentado o no, etc● Diseño del motor Forma de las cámaras de combustión Número y disposición de las válvulas Forma y número de lumbreras de escape y de admisión Composición material y diseño de las piezas vitales (pistones; cojinetes; levas; empujadores;…) Tipo de cilindros: cilindro-bloque; camisas “secas” o “húmedas”; capacidad de aceite del cárter; Sistema interior de lubricación elegido Extracción de gases y vapor de agua del interior del motor● Fabricación del motor Precisión del acabado delas piezas vitales Cuidados que se adopten en su montaje● Condiciones de funcionamiento del motor Presiones, temperaturas y velocidades máximas de las piezas principales

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B) Factores que dependen del constructor y del usuario● Fracción de potencia y del régimen máximo del motor más frecuentemente empleados● Equipo y accesorios del motor Filtro de aire de admisión Filtro de aire en el respiradero del cárter Filtro de aceite Filtro del carburante o combustible Termostato del líquido de refrigeración Sistema de encendido Sistema de inyección, inyectores Tipo de bujías● Elementos que dependen solo del usuario Condiciones de utilización más frecuente: a) marcha en vacío o en plena carga; b) marcha en carretera o en ciudad Condiciones topográficas y climáticas de la región donde se utiliza el motor Pautas de mantenimiento sistemático aplicadas La forma de conducir del usuario Características de carburantes y combustibles utilizados

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*Combustible. (De combustus-abrasado).1. adj. Que puede arder.2. adj. Que arde con facilidad.3. m. Leña, carbón, petróleo, etc., que se usa en las cocinas, chimeneas, hornos, fraguas y máquinas cuyo agente es el fuego.~ nuclear.1. m. Material que se emplea para producir energía en forma de calor mediante reacciones nucleares.

*Carburante. Mezcla de hidrocarburos que se emplea en motores de explosión y de combustión interna.

Para elegir un lubricante, debemos estar familiarizados con las especificaciones y clasificación que nos indica el fabricante y que refleja en los envases. Existen distintas clasificaciones dependiendo del país del que procedan: clasificación americana API (American Petroleum Institute); la japonesa JASO (Japanese Automotive Standard Organization); o la Europea ACEA (Asociación de Constructores Europeos Asociados).

Atendiendo a las propiedades de los lubricantes, tenemos la norma SAE (Society of Automotive Engineers) que, como hemos indicado, se basa en las viscosidades del lubricante a temperatura de -18 °C y a temperatura de trabajo 98,9 °C. Por tanto, los grados SAE nos indican un “comportamiento” o variación de la viscosidad con la temperatura.

Aceites básicos y Clasificación APILos aceites “minerales” provienen del proceso de refino o refinado de los petróleos. El proceso de destilación permite separar los diversos componentes que se encuentran presentes en el petróleo obtenido por extracción.

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Los petróleos que se obtienen de las distintas plataformas existentes en el mundo son muy diferentes en su composición. Así los petróleos obtenidos en EEUU (dependiendo de cada Estado), son de diferente composición a los que tienen sus origen en Arabia o en Kwait; y estos a su vez, son distintos a los obtenidos en el Mar del Norte o en el Golfo de Méjico.

El petróleo tipo Brendt es el tipo de petróleo que se extrae del Mar del Norte.

El precio petróleo de Brent se negocia con una prima distinta del estadounidense WTI, generando una diferencia de precios entre ellos que se ha mantenido en el tiempo. El precio del Brent es el marcador internacional y suele ser más importante que el WTI.

El petróleo Brent atrae a grandes inversores de Estados Unidos, debido a los altos precios, los volúmenes de negociación y la estructura de mercado del crudo Brent. Esto supone una buena parte de la gran inversión de dinero que suele favorecer a los futuros del petróleo WTI en Estados Unidos. En ello han basado sus argumentos, y en su utilidad como referente para las ventas de crudo en Europa, Oriente Medio, África y Asia, abarcando a grandes exportadores y a los mercados emergentes o de rápido crecimiento como China e India.

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El petróleo crudo es una mezcla de una amplia variedad de compuestos de hidrocarburos con diferentes tamaños moleculares. Las serie olefínicas, nafténicas y aromáticas y su mayor o menor presencia en el petróleo definen sus características y sus principales cualidades de cara a determinar la calidad de los aceites lubricantes que se van a obtener.

El tamaño de cada compuesto se determina por el número de átomos de carbono que se encuentren enlazados con átomos de hidrógeno y en general, cuanto más larga sea la cadena de hidrocarburos, mayor será la temperatura de evaporación de dicho compuesto.

Los aceites obtenidos en el proceso de destilación se denominan aceites “básicos”, y posteriormente serán purificados y mezclados con aditivos que mejorarán su comportamiento como aceites de motor, aceites hidráulicos, fluidos de transmisión, lubricantes de engranajes, etc.

Atendiendo a algunos aspectos significativos como su contenido de azufre; su estructura química (contenido de enlaces saturados) y su índice de viscosidad, el API (American Petroleum Institute) clasifica los aceites básicos para lubricantes en cinco grupos.

Durante el proceso de refinado se debe disminuir el contenido en azufre. Un contenido alto de azufre en el aceite favorece la formación de ácidos que tienen efectos muy negativos en el motor.

La influencia de las moléculas saturadas se basa en que un mayor número de enlaces de

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C+H da como resultado un aceite más estable y por lo tanto menos propenso a formar enlaces no deseables que originan barnices, lodos, y otros depósitos nocivos.En cuanto al I.V. o índice de viscosidad, ya se ha comentado en apartados anteriores la importancia de esta propiedad en los lubricantes.

Los aceites básicos de menor calidad son los del Grupo I, y para mejorarlos se someten a un “hidroproceso” que estabiliza los componentes más reactivos en el aceite básico, disminuye el contenido de ceras y reduce las impurezas para obtener un aceite básico más puro y estable que resiste de mejor forma las altas temperaturas de trabajo y evita la formación de depósitos indeseables.

Consta de tres etapas:

FASE IEl Hidrocraqueo añade hidrógeno al aceite básico y elimina sus impurezas, estabiliza los componentes más reactivos en el aceite básico. También se mejora su color y aumenta su vida útil. En el Hidrocraqueo, el aceite básico se pone en contacto con un catalizador a temperaturas superiores a 345 ºC y presiones por encima de 68 atm. En estas condiciones las moléculas de aceite se rompen en moléculas más pequeñas, se elimina casi todo el azufre y el nitrógeno; y se saturan los compuestos aromáticos con hidrógeno. La recombinación molecular a la que es sometido el aceite produce isoparafinas y compuestos saturados que tienen altos índices de viscosidad.

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FASE IIDesparafinado catalítico. El proceso de desparafinación catalítica a alta temperatura y alta presión, en la que un catalizador rompe las moléculas de cera (parafinas) presentes en el aceite básico dando como resultado bases lubricantes con mejor comportamiento a bajas temperaturas. Ambos procesos eliminan las ceras y por tanto reducen el punto de fluidez del aceite básico, dando como resultado un índice de viscosidad mayor.

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FASE IIIEl aceite básico es sometido a un hidroterminado, con catalizadores y presiones por encima de 68 atm. estabilizan las impurezas presentes dando como resultado un aceite de mayor calidad. El resultado serán aceites de los Grupos II y III.

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El API ofrece licencias bajo su supervisión para fabricantes que lo deseen

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Vemos el nombre de los productos que comercializa, con su correspondencia en grados SAE; la categoría de servicio; la designación de sus prestaciones; y su designación ILSAC (Comité internacional de normalización y aprobación de lubricantes, que está conformado por varios fabricantes de vehículos como Mazda, Ford y Toyota entre otros)

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Categorías API. Evolución histórica

API SH: Apta para motores gasolina en servicio normal, según recomendaciones de mantenimiento del fabricante. Superan a la anterior API SG en el control de depósitos, control de la oxidación, y protección contra el desgaste, herrumbre y corrosión.

SH+EC y SH+ECII: Lubricante de calidad SH. Características de ahorro de combustible frente a un aceite de referencia SAE 20W-30. EC ahorro mínimo 1.5 %. ECII ahorro mínimo 2.7 %

SJ: Diseñado para su utilización en motores gasolina, según las recomendaciones de mantenimiento del fabricante. Requisitos más estrictos que API SH. Introducida en 1.997

SJ + EC: Lubricante de calidad SJ. Características de ahorro de combustible frente a un aceite de referencia sintético SAE 5W-30. Ahorros mínimos entre un 1.4 % y un 0.5 % según las viscosidades. Superior a SH+ECII

SL: Diseñado para su utilización en motores gasolina operando bajo las recomendaciones de mantenimiento del fabricante. Supera a API SJ en el control de la formación de depósitos a altas temperaturas, lo que conlleva motores más limpios; control de la oxidación, lo que aumenta su vida útil; y reducción de la volatilidad en un 30% frente a API SJ, lo que reduce significativamente el consumo de lubricante. Introducida en 2.001

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Especificaciones recientes de los lubricantes en relación con el medio ambiente.

Los gases de escape de los vehículos causan diversos daños al medio ambiente, tanto a la atmósfera como a los seres vivos en general. Por este motivo y desde hace años, se exigió a

los fabricantes la incorporación de catalizadores de gases antes de su salida por el escape.Las especificaciones API SL y anteriores permitían altos contenidos de fósforo, para mejorar la protección contra el desgaste, pero contaminaban los catalizadores. La especificación API SM permite menor cantidad de fósforo pero dejaba pendientes otros problemas que se presentaban. Fue necesario definir otra especificación que protegiera el motor de los efectos de los biocombustibles y cuidara los turbocompresores.

Las especificaciones API SN, e ILSAC GF-5 establecen los requisitos para los lubricantes de motores garantizando que los productos cumplan con los requisitos mencionados.

La API SN está indicada para los motores que trabajan con biocombustibles (Etanol-gasolina) con alto porcentaje de etanol. Algunas de las viscosidades utilizadas para esta especificación son 10W-40, 15W-40 y 20W-50. Los aceites con viscosidades 0W-20, 5W-20, 0W-30, 5W-30 o 10W-30 cumplen las especificaciones API SN, e ILSAC GF-5.

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● Al ser productos de menor viscosidad, llegan antes a las piezas del motor que deben lubricar y mantienen su viscosidad en la temperatura de trabajo del motor.

● Reducen la oxidación del aceite, lo que representa menor formación de ácidos y de barnices o lacas en las superficies y lodos en el motor.

● Menor generación de gases tóxicos.

● Utiliza bases lubricantes de mejor calidad (Grupo II) y nuevos aditivos, para una lubricación eficiente del turbocompresor.

● También son aplicables para para otros carburantes como gas natural comprimido y gas licuado del petróleo.

Clasificación ACEA en Europa esta Asociación de Constructores Europeos de Automoción tiene un paralelismo con el API, y tiene sus propias siglas. Hasta 2004, ACEA empleó la letra “A” para motores de gasolina y la letra “B” para diesel. A partir de 2004, la clasificación de ambos aceites se ve unificada en la clase A/B e implica que un aceite A/B puede ser empleado indistintamente en motores gasolina o diesel ligeros. Junto a estas letras aparece un número del 1 al 5 que indica el uso más adecuado o específico del aceite.

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Se deben tener en cuenta algunos aspectos interesantes:

● El aceite A5/B5, no protege el motor mucho más que el A3/B3.

● Los números mayores no implican mayores calidades.

● No todos los aceites de la clase A/B son válidos para cualquier motor.

● Por motivos de valor de viscosidad y fricción, algunas categorías no son aptas para ciertos motores.

● Siempre se debe consultar el manual del vehículo para saber qué aceite es el más recomendado por cada fabricante.

● Las páginas web del fabricante de aceites también ayudan a seleccionar el más adecuado.

● La categoría A2/B2 ya no existe.

● Tampoco existe la categoría A4.

● Cuando aparece una cifra de dos números junto a la categoría, se refiere al año de implementación. A5/B5-12, indica que la categoría A5/B5 fue introducida o modificada en 2012.

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Clasificación ACEA con tratamiento de gases de escape.

Los vehículos con dispositivos anticontaminantes posteriores a EURO III, como filtros de partículas (FAP) o catalizadores, se creó la clase “C”, indicada para ser compatible con esos dispositivos de tratamiento de gases.

Existen cuatro categorías, basadas en la viscosidad y en la cantidad de “SAPS” (cenizas sulfatadas, fósforo y azufre) que contienen. Estas sustancias afectan negativamente a los filtros de partículas y catalizadores. Por ejemplo, Los ACEA A5/B5 son lubricantes ahorradores de combustible, pero no son compatibles con los filtros de partículas, ya que dejan cenizas sulfatadas en el filtro que lo pueden taponar. Esto supondría tener que cambiar antes el filtro de partículas, porque las cenizas sulfatadas no desaparecen cuando se regenera el filtro.

Podemos encontrar hasta cuatro niveles de aceite 5W-30 en la ACEA para filtros de partículas: (C1, C2, C3 y C4), que implican diferencias químicas que afectan a los aditivos en función de las concentraciones de azufre, fósforo y cenizas sulfatadas, que son elementos que, o bien se encuentra en los propios aditivos, o bien proceden de ellos, como es el caso de las cenizas sulfatadas.

Tener que sustituir los filtros de partículas o el catalizador de óxidos NOx (de nitrógeno) puede suponer una factura muy importante, en el caso de utilizar un aceite poco adecuado.

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Para que el fabricante de aceites cumpla los requisitos ACEA, debe a su vez adherirse al sistema de calidad EEQMS (European Engine Lubricant Quality Management System), que impone como obligaciones contar con el certificado ISO 9001 (desarrollo del producto),el EN 45001 (ensayos en motores europeos) y el ISO 9002 (fabricación).

Las nuevas tecnologías de los motores tienen en cuenta aspectos medioambientales en vigor, por lo que desde 1996, se han sucedido diferentes versiones ACEA.

Estas clasificaciones y categorías están sujetas a continuas revisiones que, por lo general, son cada vez más exigentes con la calidad y el comportamiento de los aceites.

La revisión del 1 de diciembre de 2016 exige mejoras en la calidad de los aceites haciendo hincapié en la compatibilidad con combustibles biodiesel. Algunas secuencias han desaparecido (A1/B1) y se han añadido otras (C5). Se han añadido nuevos ensayos y otros han sido retirados.

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La última clase de aceites que establece ACEA es la de tipo E. Esta clase está destinada a vehículos diésel pesados que deben trabajar en condiciones severas. Categorías: E4, E6, E7, E9.

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ACEA C5 se refiere a la HTHS, que es la viscosidad mínima la cual la carga que soportan los cojinetes es admisible. Esto quiere decir que, por debajo de ella, podríamos tener problemas de desgastes y roturas. Pues bien: ACEA C5 establece que esa HTHS debe ser igual o mayor, a 150 ºC, 2,9 mPa·s >HTHS >2,6 mPa·s

Esto significa que ACEA C5 baja la viscosidad HTHS, que es la que se da a altas temperaturas y alto cizallamiento, y lo hace por debajo de la de un SAE xxW-30. Por eso se recomienda, cuando se exige un aceite que cumpla con la norma ACEA C5, que se utilice un xxW-20 cuya HTHS a 150ºC se corresponda con ese intervalo de viscosidad. Es una diferencia muy importante respecto a ACEA C1, C2, C3 y C4, que pedían viscosidades HTHS superiores.

¿Qué pasa cuando se disminuye la viscosidad?. Cuando la viscosidad disminuye, lo que ocurre es que disminuye también la necesidad de energía para mover el aceite por el circuito y este fluye más rápidamente, tanto en frío como en caliente. A menor energía consumida, menores emisiones. En el caso de los aceites ACEA C5, el ahorro de consumo de combustible exigido es mayor o igual al 3%, como en el caso de un C1.

Se exige que los lubricantes sean compatibles con los sistemas de tratamiento de gases que se utilizan en los vehículos, y que tengan bajas concentraciones de fósforo y azufre, así como de las cenizas sulfatadas. Son equivalentes a las de un aceite C2 o un C3. Otras variaciones posibles se darían en la compatibilidad con gomas y elastómeros.

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ACEA C5 no se puede utilizar en todos los vehículos, sino solo en aquellos en los que se recomiende un lubricante ACEA 0W-20. Cuando los fabricantes vayan sacando nuevas normas, se basarán en ACEA C5, pero habrá ensayos más estrictos y otros específicos de la marca del motor.

ACEA 2016 representa una actualización de los requisitos que se piden a un lubricante y algunas marcas no podrán cumplirlos.

Grado ISOLa Organización Internacional para la Estandarización (ISO) estableció desde 1975 el sistema ISO para especificar la viscosidad de los aceites industriales. A partir de 1979 fue puesta en práctica por un gran número de fabricantes de lubricantes. Según esta nomenclatura, un aceite SHELL TELLUS OIL 68 tiene una viscosidad de 68 cSt a 40 ºC.

A partir del grado ISO 10, el margen permitido entre el mínimo y el máximo se obtienen con valores + 10% del mencionado valor. Así para un ISO 46, el valor mínimo es 41,40, y el máximo es 50,60.

En la siguiente Tabla podemos ver las equivalencias entre viscosidad ISO (ISO VG en sus siglas en inglés) y otras medidas de viscosidad cinemática como son los cSt y los SSU.

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El grado ISO solo hace referencia a la viscosidad del aceite a cierta temperatura pero no hace ninguna referencia a la calidad del mismo. No ocurre lo mismo con la Norma ISO 6743-4

La Norma ISO 6743-4 de 2015 establece la clasificación detallada de fluidos de la serie H (Sistema hidráulicos) que pertenecen a la clase L (lubricantes, aceites industriales y productos relacionados). Debe ser entendida junto con la Norma ISO 9743-99 de 2002 y no incluye fluidos de frenos ni fluidos hidráulicos de aviación.

Incluye varias familias, de entre las cuales, la que más interesa para los propósitos de esta publicación es la ISO 6743-5 Familia F- Clasificación de lubricantes para motores de combustión interna. El símbolo EMB se refiere a aceite para motores con un cárter común de aceite para el motor y los componentes del tren de fuerza/arranque/transmisión con aceites de bajo coeficiente de fricción, y se refiere a aceites base con aditivos detergentes; dispersantes; inhibidores de lubricidad (mejor lubricidad equivale a menor grado viscosímetro); anti-desgaste; antioxidante y detergente. Puede tener mejoradores de I.V. y generalmente incluye mejoradores de fricción.

Los de las series EGB; EGC; y EGD se dedica a los lubricantes para motores de 2 tiempos de encendido por chispa. Las series EMA1; EMA2; y EMA3 se dedica a los lubricantes para motocicletas de 4 tiempos.

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La norma ISO 6743 tiene muchas otras “familias”, de las que damos algunos ejemplos:

La ISO 6743.-1 Familia A, son lubricantes del tipo:

● AY.- Ejes; rieles de ferrocarril

● AN.- Rodamientos; engranajes; cojinetes planos en rég de lubric. Hidrodinámica

● AB.- Engranajes abiertos; cables de acero; cadenas mecánicas

● AC.- Sierras de cadenas

La ISO 6743-2 Familia F incluye los de tipo:

● FC.- para baño o niebla de cojinetes planos y embragues

● FD.- El anterior (FC) con aditivos antidesgaste

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La ISO 6743-3 Familia G para guías de deslizamiento en máquinas-herramienta:

● GA.- Piezas de máquinas metálicas para reducción de fricción

● GB.- Piezas de máquinas (alguna no metálica) para reducción de fricción

● GS.- Considera la compatibilidad entre lubricante y fluido regrigerante

La ISO 6743-6 Familia C para lubricantes para engranajes, incluye los siguientes: CKB; CKC; CKD; CKE; CKS; CKT; y CKG para las distintas condiciones de trabajo (cargas, temperaturas, y fricción desde ligeras a altas). CKH; CKJ; CKL; y CKM con propiedades mejoradas de extrema presión, anti-desgaste, anti-corrosivas y estabilidad térmica.

La ISO 6743-3 Familia C para lubricantes para compresores, incluye los tipos DAA; DAB; DAG; DAH; DAJ. Para Bombas de vacío, los tipos DVA; DVB; y DGE: Para compresores de refrigeración, los tipos DRA; DRB; DRC; DRD; DRE; DRF; y DRG

Clasificación ANSI/AGMAANSI (Instituto Nacional Americano de Normalización), y AGMA que corresponde a la siglas de la Asociación Americana de fabricantes de Engranajes dispone de dos clasificaciones de viscosidad para engranajes de uso industrial: Cerrados (AGMA 250.04) y abiertos (AGMA 251.02) y además posee un apéndice para los distintos tipos de requisitos, como: protección anti-herrumbre y oxidación (R&O), protección extrema presión; y otros.

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Los fabricantes del motor determinan unos comportamientos exigibles al lubricante, a los que dan una denominación del tipo “homologación” como es el caso de: VW505.01, GM Dexos2, Dexron III, MB229.51, LL-01, etc...

Los fabricantes de motores son conscientes de la importancia de un lubricante adecuado y realizan las llamadas “homologaciones del fabricante”, que significa que el lubricante ha sido ensayado y probado en el motor con resultado satisfactorio y por ello le otorga su correspondiente certificado de satisfacción o de cumplimiento de requisitos.

Como es fácil de entender, estas homologaciones de los fabricantes están sujetas también a diversos convenios y acuerdos comerciales entre grandes empresas de motores y de aceites lubricantes. Para el usuario, lo más cómodo es utilizar siempre el aceite homologado por el fabricante del motor, siendo complementarias el resto de especificaciones que cumpla el aceite.

En la actualidad existe casi un centenar de homologaciones realizadas por los fabricantes en el sector de lubricación. A medida que la tecnología realiza nuevos avances, como la incorporación de filtros de partículas, o de los sistemas anticontaminación, aumenta el número de homologaciones, e incluso hay fabricantes que disponen de varios estándares de homologación.

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¿Cuando cambiar el aceite del motor?

El cambio de aceite de un motor depende de muchos factores, y los más importantes son: el aceite que estemos usando; el motor y las condiciones de uso del mismo; el grado de desgaste del motor; el tiempo transcurrido desde el último cambio.

Dependiendo de todo lo anterior podemos encontrar recomendaciones que van desde 5.000 hasta 90.000 Km. y desde 6 meses hasta varios años. El aceite se debe cambiar desde que empieza a tener alteradas sus propiedades, y ello ocurre generalmente por oxidación del mismo; por contaminación procedente de residuos de la combustión; o por incorporación de partículas y sustancias de muy diversa índole que lo pueden contaminar durante el funcionamiento del motor. En caso de duda, lo viejos mecánicos siempre recomiendan y aconsejan:

¡Todo lo que gaste de más en aceite lubricante, se lo ahorrará en reparaciones!

El TBN (Número Básico Total), también llamado BN (Número Básico), es el contenido en miligramos de Hidróxido de Potasio que contiene un gramo de aceite (mgKOH/g), y representa la capacidad del aceite para neutralizar los ácidos que se forman durante la combustión y pasan al aceite lubricante.

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Depende del contenido en azufre del combustible, y por ello, a mayor cantidad de azufre mayor debe ser la reserva alcalina o BN del lubricante para proteger el motor.

Con el uso, el BN del aceite se va reduciendo, y este es otro de los parámetros que debería tenerse en cuenta para establecer si el aceite puede continuar en uso o no.

Aceite usado. El aceite industrial se distingue de otros aceites usados como los procedentes del consumo humano. El industrial se recoge principalmente en talleres de automoción y en la industria.

Los aceites usados se almacenan hasta que los recoge un gestor autorizado. En los centros de transferencia se analizan para determinar su composición y darles un destino final.Un aceite usado puede considerarse “similar” a un petróleo bruto en el sentido de que mediante un proceso de destilación y de separación de componentes, puede servir de base para la elaboración de aceites lubricantes “nuevos”. Para ello, se deben eliminar los contaminantes presentes en el aceite usado. El proceso no es sencillo y tampoco es barato, pero contribuye a un importante ahorro de materias primas.

Si van a ser reutilizados, se aplicará un primer filtrado del residuo para eliminar gran parte de los contaminantes, como agua, lodos o partículas metálicas. El aceite usado también se puede reciclar para producir otros materiales como betún asfáltico, pinturas, o tintas.

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La otra opción es la conocida como “valorización energética” para los aceites que no van a ser regenerados ni reciclados, y consiste en aprovecharlo como combustible de uso industrial similar al fuel para generar energía. Para ello debe ser tratado previamente y quemado en centrales especialmente equipadas para evitar la carga contaminante que puede tener la combustión de productos tan complejos.

4.- Sistema de Lubricación de un Motor de 4 tiemposEl sistema de lubricación tiene por objeto enviar aceite lubricante a presión a las partes del motor que lo necesitan, como cigüeñal, bielas, etc.Además del objetivo principal descrito, el sistema debe asegurar:

● Que el aceite se envía con la presión y el caudal adecuados. La presión se regula por medio de válvulas de seguridad, para situarla dentro del margen establecido.

● Que el aceite pase por el sistema de filtrado para que deposite las impurezas que pueda contener.

● Evitar el sobrecalentamiento del aceite, haciéndole pasar por un circuito de refrigeración.

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El depósito de aceite se encuentra en la bandeja inferior o “carter” del motor y desde ahí lo recoge la bomba de aceite.

Las bombas pueden ser de varios tipo: de engranajes; lobulares; de paletas; de engranajes internos; etc. Las de engranajes son las más utilizadas en motores de combustión interna. Los engranajes suelen ser helicoidales para reducir el ruido. Reciben su movimiento desde el árbol de levas, aunque algunas lo hacen desde el cigüeñal.Cuando el aceite está frío se puede producir una sobrepresión de aceite, que hará comprimirse el muelle de la válvula de seguridad. La válvula suele trabajar entre valores de 4 – 6 Kp/cm2.

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Con un nivel bajo de aceite, la bomba puede dejar de funcionar correctamente. El motor puede “perder” aceite por varios motivos: se escapa o gotea por la junta del carter; se escapa o gotea por las juntas del bloque motor o de la tapa de balancines; pero también puede ocurrir que, por desgaste de las piezas, parte del lubricante pase a la cámara de combustión, con el resultado de que se quema una pequeña porción con cada combustión y es expulsado con los gases de escape. En el escape suele aparecer humo blanquecino.

El depósito de aceite se encuentra en la bandeja inferior o “carter” del motor y desde ahí lo recoge la bomba de aceite.

Por el contrario puede ocurrir que el combustible no quemado pase a través de cilindro y pistón y se diluya parcialmente en el aceite lubricante.

Esto puede deberse a distintas causas:

a) Defectos de diseño: ● Aros rascadores poco eficaces (o mal montados)● Cámara de combustión incorrecta

b) Defectos de conducción:● Reiterados arranques en frío● Aceleraciones rápidas inmoderadas

c) Excesivo desgaste● Pistón poco estando

d) Regulación inadecuada de la inyección.

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El filtro de aceite tiene como misión retener las impurezas que porta el aceite. Protege los circuitos de obstrucciones y protege las piezas del desgaste en cojinetes o rodamientos; evitando averías en pistones y camisas, y en cualquier elemento móvil lubricado del motor. Básicamente, su diseño es el que se indica en la figura, aunque existen en casi 200 formatos y tamaños para adaptarse a cualquier fabricante y modelo.

El elemento filtrante puede ser de papel de celulosa, o algodón; o de materiales sintéticos. El papel se coloca sobre un armazón metálico para que la presión del aceite no lo deforme y se hace circular el aceite en interior. Su precio es tan reducido que, por precaución se debería cambiar con cada cambio de aceite.

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Los filtros de buena calidad incluyen una válvula antiretorno que evita que el aceite vuelva atrás. Así, al encender el motor los conductos tienen aceite y se reduce el tiempo que tarda en llegar a las piezas.

El radiador o refrigerador de aceite ayuda a evitar el sobrecalentamiento del mismo. Esto facilita el mantenimiento de la viscosidad, así como los fenómenos indeseados de oxidación, corrosión, etc. Si en la parte superior del motor el sistema de refrigeración por líquido refrigerante es el encargado de mantener la temperatura en valores adecuados, en la parte inferior del motor es el aceite el encargado de controlar el exceso de calor.

No todos los motores tienen radiador de aceite. Están compuestos como los de agua por una batería de tubos metálicos de cobre o de aluminio, por cuyo interior circula el aceite, y por el exterior circula aire o agua del circuito de refrigeración. En su parte externa se le dota de paletas para aumentar la superficie de disipación de temperatura con el exterior.

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BIBLIOGRAFÍA

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