Desgaste

Todos los análisis de aceite de motor usado reportarán elementos de materiales de desgaste. Lo importante es minimizar ese desgaste a través un programa de mantenimiento proactivo.

Para reducir el desgaste utilizando el análisis de aceite, tenemos que entender de qué partes del motor provienen esas partículas de desgaste. Existen muchos diseños de motores, utilizando variados materiales.

En general, los bujes y cojinetes de árbol de levas, martillo, pasadores y pistones son de bronce, mientras los cojinetes de bielas y bancada que reciben mayores fuerzas son de dos o tres metales. La última capa normalmente es de plomo para gastarse en el asentado del motor y dejar mejor circulación del aceite sin turbulencia.

Para estos ejemplos, tomaremos un motor “normal”. 

Hierro: El primer elemento que miramos es el hierro. Normalmente el hierro viene de la fricción entre las paredes de los cilindros (sean camisas o el bloque mismo) y los anillos.  Pero también puede ser del árbol de levas, el cigüeñal, las válvulas, los cojinetes, la bomba de aceite, los engranajes de la cadenilla, el turbo, las guías de válvulas, o las bielas.

El hierro puede provenir del desgaste o herrumbre. Un motor que tiene aceite contaminado por tierra, falta de viscosidad, o alto hollín (entre otros) tendrá desgaste por contacto o falta de lubricación hidrodinámica. Si el aceite está con agua, todas las piezas de hierro son sujetas a herrumbrarse. Si la herrumbre es severa, puede continuar después de corregir el problema hasta que el aceite logre a controlarla.
  • Desgaste de anillos y cilindros: Cada minuto que el motor está encendido, los pistones suben y bajan, raspando los anillos contra las paredes de los cilindros. En un viaje de 10 minutos en un auto normal, cada anillo de cada pistón viajó 6 kilómetros raspando las paredes. Si el aceite pierde su viscosidad, el desgaste es severo. Si el aceite está contaminado, los contaminantes rayan las paredes. Mucha de ésta lubricación es hidrodinámica, dependiendo de la viscosidad para evitar desgaste. Cuando falla la lubricación hidrodinámica los anillos dependen de los aditivos anti-desgaste que proveen lubricación límite. El trabajo del anillo superior es “barrer” el aceite al bajar en el cilindro, dejando las paredes secas para la combustión.  Este anillo depende 100% de la lubricación límite.
  • Desgaste de la bomba de aceite: La bomba de aceite solamente puede gastarse si existe contaminación del aceite, nivel bajo de aceite (falta de lubricación), o nivel demasiado alto de aceite (causa espuma que se rompe en la bomba provocando cavitación y falta de lubricación).
  • Otras piezas: El desgaste del cigüeñal, árbol de levas, válvulas y otras piezas similares no depende tanto de la carga o las presiones, sino la lubricación hidrodinámica y la contaminación.  Alto contenido de hollín o tierra causa desgaste severo de estas piezas.

Cobre: El cobre normalmente viene de cojinetes, bujes, enfriador de aceite, arandela de empuje, guías de válvulas y bujes de bielas.

Los cojinetes y bujes normalmente son aleaciones y capas de diferentes metales blandos diseñados para absorber impacto y desgaste en lugar del cigüeñal y las bielas.  El residuo de estos elementos viene de desgaste o corrosión.

Desgaste de cojinetes y bujes: Cuando falta lubricación hidrodinámica por falta de viscosidad o velocidad el motor depende de los aditivos anti-desgaste en el aceite para proveer lubricación límite (también llamado marginal o estática). Si el aceite no puede cumplir con este requerimiento por falta de aditivos, al existir degradación o sobrecarga, el cojinete roza contra su contraparte (el cigüeñal, biela, etc.) y desgasta.

Desgaste de arandelas de empuje (cojinetes axiales): Las arandelas de empuje siempre están en contacto con el bloque cuando exigimos la máxima fuerza del motor o lo sobrecargamos tratando de acelerar rápidamente o subir las montañas. Este desgaste normalmente aparece como cobre.


Desgaste de guías de válvulas: Las guías de válvulas deberían durar muchos años. Sin embargo, cuando el aceite es de baja calidad y empieza a carbonizarse en los vástagos, este carbón desgasta las guías, causando cobre en los análisis y alto consumo de aceite.


Corrosión: El enfriador de aceite (si tiene) es sujeto a corrosión por los ácidos y la humedad en el aceite. Esto es mayor cuando el motor es utilizado en viajes cortos (3 a 5 km) o no tiene termostato, y el motor no tiene tiempo para calentarse. También ocurre cuando el motor queda estacionado varios meses sin usar (invierno, entre cosechas, etc.)
Plomo: El plomo viene de cojinetes, volandas de empuje, bujes de bielas.  También puede llegar en la gasolina.

La causa más común del plomo en el aceite es la corrosión de los cojinetes en motores que son guardados un mes o más con aceite semi-usado o sucio.  Los contaminantes y los ácidos que se forman en el aceite causan corrosión cuando no está circulando para refrescar los aditivos en contacto con los cojinetes.  Observamos mucha corrosión de cojinetes en equipo agrícola y equipo de construcción que se utilizan en ciertos periodos del año y se guardan meses sin usar.

Aquí podemos ver los resultados de una Toyota 4Runner que quedo 6 semanas sin usar después de 7 meses y 4000 kilómetros en el aceite, y la próxima vez quedo 4 semanas parada con 6 meses y 5000 kilómetros en el aceite.



Aluminio: Las partículas de desgaste de aluminio (después de eliminar lo que ingresa como tierra) viene de los cojinetes, bujes (varios), pistones o sus faldas, arandelas de empuje y el turbo.
Normalmente los cojinetes y bujes trabajan 100% en lubricación hidrodinámica. Solamente cuando falla esta lubricación o se contamina el aceite ocurre contacto entre las piezas y desgaste adhesivo. 
Desgaste de aluminio de los pistones ocurre cuando hay falla de lubricación hidrodinámica o se abre mayor espacio entre las paredes de los cilindros y los pistones permitiendo el movimiento lateral de la falda del pistón.

Cromo: El cromo viene de la camisa, las válvulas de escape, los anillos, y algunos cojinetes.  El desgaste de cromo normalmente se origina con la contaminación del aceite.

Estaño: El estaño viene de las aleaciones de metales en los cojinetes y bujes (varios) y volandas de empuje.  Estos dependen 100% de la lubricación hidrodinámica.

Plata: La mayoría de los motores no tienen piezas de plata, pero en los que tienen (EMD) el uso de lubricantes con Zinc causará corrosión de plata.

Molibdeno: El molibdeno puede ser un aditivo anti-desgaste y anti-oxidante, pero puede ser desgaste de anillos en ciertos motores.

Límites de desgaste normal
La tabla siguiente demuestra unos valores típicos o límites de silicio y desgaste. Niveles por encima de éstos deberían ser investigados y tomar acciones para evitar acortar la vida útil del motor. Mientras se puede decir que estos límites son aceptables, hay que reconocer que entre más bajo el desgaste, mayor la vida útil del motor.

Estos valores son para el momento del cambio de aceite.  Si tenemos 50 ppm de partículas de hierro en 250 horas de trabajo y podemos mejorar el mantenimiento o el aceite para llegar a 40 ppm en 500 horas de trabajo, tenemos un doble ahorro.

Límites de Desgaste Normal
Elemento
ppm
Comentarios

Silicio (Tierra)
Silicon

2-10

Niveles encima de 10 ppm empiezan a mostrarse con un desgaste significativo.

Hierro
Iron

2-50

Un motor pequeño debería ser entre 2 y 15 ppm, mientras un motor grande puede ser entre 10 y 50 ppm.

Cromo Chromium

1-8

Depende mucho de la cantidad de piezas cromadas en el motor.

Alumínio Aluminum

2-15

Después de descartar lo que entró con la tierra, dependerá mucho del diseño del motor.  Un bloque de aluminio mostrará más desgaste de aluminio y menos partículas de hierro.

Cobre Copper

2-5

Aceleración fuerte o enfriador de aceite mostrará valores más altos.  Muchos motores pueden quedar cerca de 5 ppm.

Sodio
Sodium

0-10

Depende del combustible y medio ambiente. Valores mayores son contaminaciones por agua.

Plomo Lead

2-10

Aceleración fuerte o largos periodos sin utilizar el motor, falta de viscosidad del aceite o motor sin usar varios meses.

Estaño Tin

1-2

Aceleración fuerte en algunos motores, falta de viscosidad en el aceite.
Aquí mostramos algunos ejemplos de muestras con buenos resultados. En estos reportes de análisis podemos ver niveles muy bajos en desgaste de cojinetes y anillos, mientras el desgaste de hierro también está controlado.