La viscosidad importa

El aceite de motor es una parte vital del motor de combustión interna. Sin aceite, el motor no funcionará. Este hecho se entendió ya al comienzo de la historia del automóvil de más de un siglo. El Benz Patent Motor Car, que se dio a conocer al público en 1886 y generalmente se considera como el primer vehículo de producción impulsado por un motor de combustión interna de cuatro tiempos, utilizaba una lubricación por goteo bastante extraña y una taza de grasa. Sin embargo, el primer automóvil producido en masa, el famoso Ford Modelo T lanzado en 1908, ya utilizaba un sistema de lubricación por salpicadura que es conceptualmente similar a lo que vemos en los automóviles modernos, excepto que tanto el motor como la transmisión del Modelo T compartían el mismo aceite.

Dado que el motor de combustión interna depende tan críticamente del aceite, la necesidad de estandarizar el aceite de motor se dio cuenta rápidamente. De hecho, ya fue en 1911 cuando la recién fundada Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) adoptó la primera clasificación de los aceites de motor. Esa primera clasificación SAE, la llamada Especificación n.º 26, clasificó los aceites de motor en función de la gravedad específica, los puntos de inflamación y de incendio. Los aceites más viscosos eran "más pesados" y tenían puntos de inflamación y fuego más altos. Desde entonces, incluso hoy en día, los aceites de motor todavía se denominan a veces por peso, aunque la viscosidad del aceite comenzó a usarse como base para todas las especificaciones SAE futuras desde 1923. La última especificación SAE J300 se adoptó en 2015. 

De hecho, SAE J300 especifica cuatro tipos diferentes de viscosidad: viscosidad cinemática a 100 °C (KV100), viscosidad máxima permitida para arranque en frío (CCS) y capacidad de bombeo a temperatura fría, y viscosidad de alta temperatura y alto cizallamiento (HTHS). Por lo tanto, se puede afirmar firmemente que la viscosidad sí importa.

La viscosidad del aceite es un cuantificador importante de su idoneidad para su propósito. En un motor encendido, todas las partes móviles se desplazan sobre una película de aceite. Cualquier incidencia de contacto metal-metal sin lubricar puede tener consecuencias catastróficas y debe evitarse a toda costa. Para que el aceite haga su trabajo, debe entregarse a tiempo a los puntos críticos de lubricación. El flujo de aceite a través de los canales de aceite, o galerías, en el motor está determinado en gran medida por su viscosidad cinemática, por eso KV100 es lo primero que hay que tener en cuenta a la hora de elegir el aceite adecuado. Sin embargo, también debería poder arrancar su automóvil en invierno. A medida que baja la temperatura, el aceite de motor se vuelve cada vez más viscoso, y finalmente se convierte en una sustancia sólida similar al jabón. Si esto sucede, no podrá arrancar el motor. Es por eso que SAE J300 también enumera la capacidad de bombeo CCS y a baja temperatura. Finalmente, bajo una alta carga del motor, la temperatura del aceite en los rodamientos puede aumentar a 150-200 °C y, al mismo tiempo, las fuerzas de cizallamiento muy altas tienden a triturar las moléculas de aceite en fragmentos más pequeños. Como resultado, la viscosidad del aceite disminuye. Para garantizar una lubricación adecuada de los rodamientos en condiciones tan duras, la norma SAE J300 define la viscosidad mínima de HTHS para cada grado de viscosidad.

Si la viscosidad es demasiado alta, no es buena: el aceite puede no llegar a tiempo y alejar el calor lo suficientemente rápido. Sin embargo, usar un aceite más espeso de lo recomendado no es fatal: después de todo, esto sucede cada vez que enciende un motor frío. Si la viscosidad es demasiado baja, es mucho más peligroso: el aceite fluirá con demasiada facilidad y no generará suficiente presión. Esto provocará un rápido desgaste de los rodamientos, rozaduras de pistones/anillos, agarrotamientos y otros problemas críticos. También es casi seguro que verá un aumento en el consumo de aceite.

Muchos subsistemas vitales del motor dependen críticamente de la presión del aceite, por ejemplo, los tensores hidráulicos de la cadena de distribución y los sistemas de sincronización variable de válvulas (VVT). Si la presión del aceite es baja, estos sistemas pueden comenzar a funcionar mal: los tensores de cadena no acumularán suficiente presión para eliminar la holgura de la cadena y los phasers de leva no podrán avanzar la leva normalmente. Esto compensará la sincronización del motor, lo que a su vez afectará el rendimiento del motor, el ahorro de combustible y las emisiones, y eventualmente encenderá la luz "Check Engine".

Los aceites base convencionales utilizados para la fabricación de lubricantes para cárteres se obtienen por destilación y purificación del aceite mineral crudo. Las fracciones de destilados ligeros se utilizan para producir diferentes tipos de combustible, constituyendo la principal fuente de ganancias para las refinerías, mientras que las fracciones pesadas de fondo, a menudo denominadas fondo del barril, se utilizan para fabricar lubricantes y algunos otros productos, incluidos el asfalto y la cera. Históricamente, la fabricación de lubricantes ha sido considerada como el extremo barato del proceso de refinación de petróleo, que intenta transformar un subproducto de la fabricación de combustible en un producto de valor agregado.

Históricamente, los aceites base más importantes utilizados para formular lubricantes para cárteres han sido los de viscosidad de 100 a 600 SUS (20 a 130 cSt a 100 °F), así como la clase más viscosa de aceites base minerales con un rango de viscosidad típico de 1000 a 5000 SUS.  las llamadas acciones brillantes. Sin embargo, en las últimas décadas, se ha producido una disminución constante en el volumen de producción y el uso de aceites base minerales convencionales (que constituyen el Grupo API I), ya que el antiguo proceso de refinación con disolventes está perdiendo terreno frente a un proceso de refinación más moderno, económico y respetuoso con el medio ambiente conocido como hidrorrefinación. Este último se utiliza para fabricar aceites base API Grupo II y III. Una desventaja importante de la hidrorrefinación es que no puede producir productos de alta viscosidad, nada más que 200 SUS. Por lo tanto, los lubricantes modernos dependen en gran medida de los espesantes poliméricos, que se utilizan para reemplazar las existencias brillantes. Estos espesantes poliméricos también tienen otra función útil: aumentan el índice de viscosidad (VI) del aceite, de ahí su nombre común: mejoradores del índice de viscosidad (VII).

Hoy en día, casi todos los aceites de motor para automóviles son "multigrado", ya que proporcionan un rendimiento adecuado tanto en climas fríos como cálidos. Los aceites multigrado se describen con dos figuras, así: SAE 10W-40. La primera cifra, 10 seguida de "W", se refiere al rendimiento a baja temperatura. Básicamente, dice que, en invierno, este aceite se comporta como un grado de invierno SAE 10W heredado: debería permitirle arrancar su motor a -25 ° C y no perderá su capacidad de fluir a temperaturas de hasta -30 ° C. La segunda figura, 40, dice que en verano, el mismo aceite se comporta como un SAE 40 monogrado heredado: tiene KV100 en el rango de 12,5 a 16,3 cSt y una viscosidad HTHS mínima de 3,5 de cP.

Cuanto mayor sea la diferencia entre la segunda y la primera cifra, más amplia será la multigrado.  Los multigrados más amplios de hoy en día, como 0W-40, 5W-50 y 10W-60, cuentan con un VI alrededor de 180, aunque es posible aumentar el VI aún más, hasta 200-220. Un alto VI es una característica bienvenida, ya que un aceite de alto VI muestra menos variación en la viscosidad con la temperatura. Sin embargo, el espectro real de beneficios depende de cómo se haya alcanzado este alto VI, ya que hay muchos escollos.

Consideremos un ejemplo de cómo se utilizan en la práctica los potenciadores poliméricos de VI.  Supongamos que tiene un aceite base API Grupo II de 150N con KV40 = 28 cSt y KV100 = 5,2 cSt (VI = 109). Si agrega un 15% de mejorador VI de tipo copolímero de olefina (OCP), como Paratone 8006, terminará con un producto espesado con polímero con KV40 = 83 cSt y KV100 = 12 cSt (VI = 140). Así, el VI ha aumentado de 109 a 140. ¿Cómo se puede descifrar que se trata de una mezcla de polímero y aceite y no de un aceite 600N sin polímeros? Lo primero que hay que comprobar es el punto de inflamación: los aceites espesados con polímeros tendrán casi el mismo punto de inflamación que el aceite base original (150N, FP 220oC), que es mucho más bajo que el punto de inflamación de un aceite base equiviscoso sin polímeros (600N, FP 270oC). La segunda comprobación útil es la pérdida por evaporación: los aceites espesados con polímeros exhibirán casi la misma pérdida por evaporación que el aceite base original (150 N, 15 % en peso de Noack), que es mucho mayor que la pérdida por evaporación de un aceite base equiviscoso sin polímeros (600 N, 2 % en peso de Noack).  

La conclusión de este ejemplo es que el espesamiento de polímeros y el aumento de VI deben usarse con cuidado: aunque le ayuda a ajustar fácilmente la viscometría del producto, es posible que se pasen por alto algunas otras propiedades vitales. El uso excesivo de polímeros puede comprometer la estabilidad al cizallamiento, es por eso que SAE J300 define el rango HTHS para cada grado de viscosidad y por qué los aditivos comerciales VII se caracterizan por el índice de estabilidad al cizallamiento (SSI). Otros problemas comunes son el espesamiento oxidativo y la gelificación en los aceites usados.

Existen diferencias sustanciales entre las diferentes clases de mejoradores de VI en términos de eficiencia, estabilidad al cizallamiento, solubilidad y, por supuesto, precio. Por ejemplo, los mejoradores VI de copolímero de olefina (OCP) se han convertido hoy en día en un tipo de tecnología de mejora VI de "vainilla simple", con un enfoque principal en productos de ingeniería de valor, mientras que los mejoradores VI de estireno y polimetacrilato de alquilo (PAMA) se utilizan cada vez más en productos de primer nivel. Este hecho demuestra que los datos de viscosidad a los que se hace referencia en el SAE J300 todavía no pintan el panorama completo: puede hacer coincidir las cuatro lecturas de viscosidad y aún así ver diferencias en el rendimiento del producto. Esto se debe a que la viscometría convencional no dice nada sobre, por ejemplo, la estabilidad química de las moléculas VII, sus posibles interacciones con otros ingredientes de las formulaciones lubricantes o el comportamiento reológico no newtoniano de las películas lubricantes que contienen polímeros. A pesar de que la comprensión teórica de la acción VII de varias clases de polímeros y su efecto en la tribología del lubricante ha avanzado enormemente, la experiencia sigue siendo la mejor maestra en este campo en gran medida empírico.

Hoy en día, los aceites más delgados se promueven activamente para mejorar el ahorro de combustible.  Sin embargo, tenga en cuenta que en un motor en marcha, el lubricante del cárter siempre se "diluye" hasta cierto punto por el combustible. El grado de dilución del combustible depende del tipo de motor y de las condiciones de conducción. El tráfico urbano es un escenario adverso del que la mayoría de la gente ni siquiera es consciente. En el peor de los casos, el aceite puede contener hasta un 10-15% de combustible. Otro escenario adverso es la conducción a alta velocidad, como las carreras de coches de serie, donde se utilizan deliberadamente mezclas ricas en aire y combustible para enfriar los motores. Como resultado de la dilución del combustible, el aceite de motor baja fácilmente un grado: comienza con aceite 5W-30 y pronto lo encuentra diluido a un nivel 5W-20. El aceite también se vuelve más delgado cuando el motor está muy cargado y se calienta, por ejemplo, mientras se arrastra un remolque. Algunos fabricantes tienden a incorporar un mayor margen de seguridad en sus formulaciones, estableciendo el objetivo v100 justo en el medio del grado de viscosidad respectivo y HTHS muy por encima del valor mínimo permitido. Otros intentan llevar sus productos al límite para maximizar los beneficios de ahorro de combustible. Por ejemplo, un 5W-40 con KV100 = 14,5 cSt soportará una dilución de combustible del 4-5% sin caerse de la pendiente. Un producto similar 5W-40 de "economía de combustible mejorada" con KV100 = 13.0 cSt ya se caerá de la ley con una dilución de combustible del 2%. Por lo tanto, en general, siempre es seguro ir un grado más allá de lo que recomienda el fabricante de su motor, pero nunca use aceites más delgados que los recomendados.

Con la excepción de unos pocos productos emblemáticos, los lubricantes convencionales siempre están diseñados para ofrecer valor. Pero en BIZOL estamos obsesionados con la calidad: queremos ofrecer a nuestros clientes lo mejor que podamos. Para entender la diferencia, mira el diagrama de abajo o, mejor aún, prueba BIZOL.