La Vida Útil del Motor de su Auto, Camioneta, Camión u otro Motor de Combustión Interna – Lubricación

Este boletín es el trabajo de Richard Widman de Widman International SRL, Santa Cruz, Bolivia, escrito para informar a los ingenieros del daño causado por las practicas tradicionales en los talleres del país.  Es el resumen de años de análisis de aceites y estudios de contaminación del aceite en Bolivia.

Esta es el segundo de una serie de boletines donde revelaremos los secretos de la vida larga para los equipos automotrices e industriales.  En este boletín hablaremos de la lubricación del motor, los hábitos tradicionales y los problemas causados cuando no usamos el aceite adecuado.  En un boletín anterior hablamos de los efectos de contaminación del aceite en los motores.  Todos los boletines están disponibles en nuestra página Web: www.widman.biz

La vida útil del motor en Bolivia típicamente varía entre un año y cuatro años (50,000 a 100,000 kilómetros) para los autos y camiones mientras en equipo pesado encontramos reparaciones entre las 8,000 a 12,000 horas de servicio.  Estos números son alarmantes para los que conocen el mantenimiento proactivo y preventivo.  Sabemos que el motor del auto a gasolina debería dar un mínimo de 400,000 kilómetros de servicio y el motor de equipo pesado está diseñado para proveer 18,000 horas de trabajo sin reparaciones generales.  Cuando comparamos estos resultados con los de las empresas más exitosas, encontramos que el motor del auto podría proveer más de 600,000 kilómetros y el motor del equipo pesado entre 24,000 y 28,000 horas.

La pregunta clave entonces es: “¿Qué hacen en estas empresas exitosas para obtener estos resultados aquí en Bolivia, a diferencia de otras empresas que en las mismas condiciones operacionales reparan sus equipos frecuentemente?”

Lubricación

Cuando analizamos la causa/raíz de las reparaciones de motores en el país encontramos dos problemas distintos: Viscosidad y Aditivos.

Viscosidad

El primer principio para considerar al escoger la viscosidad del aceite para el motor es el diseño del motor.  La mayoría de los motores funcionan mejor con un aceite cuya viscosidad a 100ºC se encuentra entre 12.5 cSt y 16.3 cSt, aunque hay muchos motores nuevos que funcionan mejor con un aceite cuya viscosidad esta entre 9.3 cSt y 12.5 cSt.

Si colocamos un aceite muy delgado, no se logra una buena película y hay desgaste.  Si colocamos un aceite más viscoso, hay mayor fricción, reducción en fuerza, falta de circulación y mayor desgaste.

¿Cuales son los aceites con una viscosidad entre 12.5 cSt y 16.3 cSt a 100ºC?

Si el motor requiere aceite con una viscosidad cerca de 14 cSt para operar con el mínimo de desgaste, tenemos que escoger un aceite que llegue a esa viscosidad lo antes posible y así no exigir mucho al motor hasta alcanzar su temperatura normal, ya que mientras el motor está frío el aceite es demasiado viscoso para proteger las piezas.

Antes de considerar el problema de viscosidad y las recomendaciones, tenemos que aceptar que un aceite SAE 40 de una marca tiene la misma viscosidad (dentro de las tolerancias de la SAE) que un aceite SAE 40 de otra marca.  También tenemos que aceptar que todos los aceites SAE 15W-40 empiezan con la misma viscosidad.  Así dicta la SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices).

El primer problema es el hábito adquirido de utilizar un aceite SAE 40.  Cuando evaluamos el clima de Bolivia y las recomendaciones de las fábricas, encontramos que para obtener la vida útil programada por el fabricante del motor, no podemos utilizar un aceite SAE 40, (“especial 40”) en ningún motor de 4 tiempos.  Aquí tenemos una tabla con las recomendaciones de algunas marcas desde unos años atrás:

¿Si los fabricantes alertan al dueño del vehículo que el uso del aceite SAE 40 acabará con el motor antes de tiempo, por que continuamos usando SAE 40?  ¿Será que nuestros lúbricos saben algo que no saben los ingenieros de las fábricas de los autos y camiones?

La verdad es que el aceite SAE 40 a 20ºC no bombea por el filtro y tarda más para llegar al eje de levas y otras piezas en la parte superior del motor.  El aceite frío pasa de largo por el filtro, agarrando toda la suciedad atrapada y pasando directo por la válvula de alivio de presión, al mismo tiempo lleva la tierra para lijar el motor y eventualmente quedarse atrapado de nuevo en el filtro una vez que está bastante caliente para pasar por el papel del mismo.  (La línea verde demuestra el camino normal del aceite por el filtro mientras la línea roja muestra el flujo del aceite SAE 40 en frío).  Este retardo de lubricación y la abrasión de toda la suciedad es el equivalente en desgaste a 800 kilómetros de recorrido con el motor caliente.  A 20ºC el aceite SAE 40 tiene el doble de viscosidad que el SAE 15W-40.  (600 cSt para el SAE 40 y 300 cSt para el SAE 15W-40).  La válvula de alivio de presión abre cerca de los 50 psi (3.5 k/cm²).

¿Entonces por qué usan SAE 40?

La primera razón indicada por los mecánicos es que al palpar el SAE 15W-40 se nota que es más delgado.  Realmente eso es lo que queremos.  Queremos una viscosidad que bombee y lubrique bien a temperaturas normales del ambiente, y al mismo tiempo lleguen a actuar como SAE 40 cuando el motor llegue a 100ºC.  Un SAE 40 y un SAE 15W-40 tienen exactamente la misma viscosidad a 100ºC, solo que el SAE 15W-40 es un aceite de menos viscosidad que tiene polímeros para modificar su viscosidad en el calor y no permitir tanta pérdida de viscosidad.

La segunda razón ofrecida es que el SAE 15W-40 pierde su viscosidad con el uso y al final de 200 horas o 3000 kilómetros parece un aceite SAE 30.  Esta observación puede ser correcta si el aceite no es de buena calidad.  Actualmente los aceites SAE 15W-40 tradicionales utilizados en el país pierden su viscosidad con el uso hasta que empiece su oxidación (con la oxidación vuelve a tomar viscosidad).  En Figura 1 y  Figura 2 podemos ver un aceite que ha perdido su viscosidad.  Para ser clasificado como aceite SAE 40 o SAE 15W-40 el aceite tiene que mantener una viscosidad mínima de 12.50 cSt a 100ºC.  En ambos ejemplos el aceite ya  había perdido su viscosidad y se había aumentado el desgaste de hierro (falta de lubricación hidrodinámica en los anillos y la parte superior del motor) y plomo (falta de colchón hidrodinámico en los cojinetes).  Esto no es por ser SAE 15W-40, si no por ser un aceite barato.

Figura 1

Figura 2

La tercera razón dada por los mecánicos tradicionales y los choferes es que el SAE 40 da más presión en el manómetro del tablero.  Al arrancar el motor esta observación es correcta, pero no queremos mayor presión, buscamos mayor circulación o flujo de lubricante para llegar lo antes posible a las piezas en riesgo.  El manómetro está midiendo la presión del aceite que no puede pasar por los cojinetes. 

Si analizamos el flujo de aceite, podemos ver en el gráfico siguiente de un motor a diesel, que mientras el motor está calentando con el aceite a 60ºC y operando a 1000 rpm un aceite SAE 15W-40 tiene 13% más lubricación que el aceite SAE 40.  Esta diferencia continua aumentando con la velocidad del motor, marcando 23% más lubricación a 4000 revoluciones.  A esta velocidad el SAE 40 marca 49 psi en el manómetro y tiene un flujo de 1300 ml/min.  El SAE 15W-40 marca 43 psi en el manómetro y tiene un flujo de 1600 ml/min.

El exceso de presión abre válvulas de alivio de presión del filtro y devuelve el aceite “sucio” al cárter.  Aquí tenemos la distribución típica del flujo de aceite para un motor a gasolina con turbo.

Para mantener la viscosidad correcta se requiere un aceite de última generación.  En los últimos años los fabricantes de motores en cooperación con el API determinaron que el aceite tiene que mantener su viscosidad mínima en condiciones críticas después de la rotura de sus polímeros, cualquiera que sea la razón.  Para esto se utiliza la prueba HT/HS (alta temperatura, alto cizallamiento).  Los aceites API CF-4 (SAE 40 y SAE 15W-40) mantenían una viscosidad en la prueba HT/HS de 2.9 cP a 150ºC.  Se determinó que el desgaste era mucho menos cuando se mantenía un mínimo de 3.5 cP.  Los aceites clasificados API CI-4 pasan la nueva prueba asegurando una máxima protección.

2.  Aditivos de protección

La viscosidad del aceite reduce desgaste con una buena lubricación hidrodinámica en los cojinetes, la bajada del pistón, y actúa en condiciones limitadas por lo demás del motor. Pero 75% de la fricción en el motor se encuentra entre los anillos y las camisas (o bloque) en la subida del pistón.  Para reducir esta fricción y el desgaste correspondiente, el aceite tiene que tener aditivos que se adhieran a las paredes de los cilindros para absorber el desgaste.  Los aditivos normalmente utilizados para este propósito son zinc, fósforo, molibdeno y boro.  La combinación exacta de estos elementos para reducir el desgaste sin aumentar carbón o lodo en el motor es sumamente importante para la vida útil del motor.  Los buenos aceites hoy en día tienen cerca de 1500 ppm de zinc y fósforo combinado con el aceite básico y a veces 100 ppm de molibdeno y 150 ppm de boro.  La necesidad o deseo de aumentar boro y molibdeno depende del aceite básico y sus calidades naturales.  La adición de aditivos no es tarea para los mecánicos, solamente debería ser hecho por los químicos en las plantas donde se formulan los aceites.  La adición de aditivos al aceite del motor hecha por el chofer o mecánico puede hacer mucho daño al motor.

Además de los aditivos anti-desgastes necesitamos aditivos para neutralizar los ácidos de la combustión y mantener el hollín y las partículas de desgaste en suspensión sin bloquear el filtro de aceite ni formar lodo en las piezas.  Para esto normalmente se utiliza Calcio y Magnesio.  Una variación de aditivos puede causar más daño que protección.  Por eso no se recomienda agregar otros aditivos al aceite formulado por la fábrica.  En esta página www.widman.biz/Seleccion se puede ver el resumen del desarrollo de la categoría de aceites CI-4 donde se invirtió más de 6 millones de dólares para mejorar el nivel de protección de los motores.

Para complicar la selección, hay mucha variación en los aceites, sea aceite básico utilizado en la formulación, o la calidad de los polímeros, aditivos anti-desgastes, y detergentes/dispersantes.

En esta tabla (Tabla 1) podemos ver las calidades de aceite básico de 9 refinerías de los EE.UU. Para interpretar la tabla hay que considerar que el mejor aceite para el motor es el más puro.  El aceite con menos nitrógeno, menos azufre, menos aromáticos y más moléculas saturadas hará el mejor producto final.

Tabla 1

Marca Azufre (ppm) Nitrógeno (ppm) HPLC Aromáticos % HPLC Saturados % 1 12 <10 <1.0 <99.0 2 3900 22 22.7 77.1 3 1480 22 24.4 75.6 4 2500 20 25.3 74.7 5 1200 38 13.3 84.4 6 1700 28 30.0 69.8 7 500 47 12.6 87.2 8 23 11 8.0 92.0 9 3400 32 27.6 72.2

En la próxima tabla (Tabla 2) podemos ver valores típicos de algunos aceites en el mercado boliviano analizados por su nivel de aditivos y la calidad indicada en sus etiquetas.

Tabla 2

Analizando esta tabla podemos ver porque algunos aceites son más baratos.  La marca 6 tiene solo 30% de los aditivos anti-desgaste y 20% del detergente/dispersante que las mejores marcas.  La realidad es que marcas 6 y 7 no cumplen con las normas de calidad API que indica en sus etiquetas, como se puede ver en la tabla siguiente.

La próxima tabla (Tabla 3) indica los valores típicos de diferentes generaciones de aceites.  Muestra claramente el progreso que se ha hecho para extender la vida útil de los motores a través de  tecnología, del nivel de aditivos, y la calidad de aditivos.  Podemos ver que un aceite CI-4 tiene cerca de tres veces más protección contra desgaste que un aceite CD.

Tabla 3

Servicio API Detergente Dispersante Zinc (ppm) Fósforo (ppm) SB/CB 850 250 200 SC/CC 1200 350 300 SD/CC 1600 500 400 SE/CC 1900 600 450 SF/CD 2200 630 520 SL/CI-4 3300 1600 1500

El aceite para el motor a Diesel debería tener la certificación API CI-4, garantizando el comportamiento necesario para una larga vida.  El aceite para un motor a Gasolina debería tener la clasificación API SL para garantizar el comportamiento necesario.  Muchos de los mejores aceites son certificados para ambos motores.  La diferencia es que el aceite certificado para ambos tiene mayor protección contra desgaste y mayor detergencia/dispersancia que lo necesario en el motor a gasolina.  La única desventaja de utilizar el mismo aceite en el motor a gasolina viene de la posibilidad de acortar la vida del catalizador del escape (si tiene) después de los 400,000 kilómetros de recorrido si el zinc o el fósforo no son de buena calidad.

Tabla 4

Servicio API Detergente Dispersante Zinc (ppm) Fósforo (ppm) SL 1350 1000 900 SL/CI-4 3300 1600 1400

¿Por qué el motor a gasolina no requiere tantos aditivos?

La combustión de gasolina es más limpia que la combustión de diesel, dejando menos contaminación en el aceite.

El motor a gasolina comprime el volumen de la mezcla entre 9 a 1 hasta 12 a 1 mientras el motor a diesel comprime el volumen de la mezcla entre 13 a 1 hasta 20 a 1.

El motor a gasolina normalmente está en un auto o camioneta de paseo donde raras veces se precisa de fuerza (con excepción a los taxis que sobrecargan sus autos, autos de carrera, y otras excepciones menores).  El motor a diesel normalmente utiliza toda su potencia.

La clasificación (SL/CI-4) debería estar escrita claramente en la etiqueta del tambor o bidón de aceite nuevo, mostrando la “Donut” del API.  No es suficiente escribirlo con marcador o las palabras “cumple” o “excede”.  El API fiscaliza los aceites con licencia y cada año retira millones de litros que no tiene la formulación correcta.

Tabla 5

Vigencia de Clasificaciones API Motores a Gasolina Motores a Diesel SA 1900 30 años Obsoleto CA 1900 30 años Obsoleto SB 1930 34 años Obsoleto CB 1930 25 años