A menudo el índice de viscosidad (IV) no es considerado como un parámetro en la selección de lubricantes. La razón, es que es poco conocido y entendido. Algunos piensan que el índice de viscosidad está incluido en el grado de viscosidad ISO de los aceites, pero no es así. Este es por sí mismo un diferenciador independiente del desempeño de un lubricante.

Todos sabemos que la viscosidad es la propiedad más importante de un lubricante. Es una medida de la constitución molecular desde el punto de vista del tamaño de la cadena de hidrocarburos que conforman un lubricante. La viscosidad se origina por la fricción interna de las moléculas cuando el fluido se pone en movimiento. Mientras más grande sea la fricción intermolecular (moléculas más grandes), mayor será la viscosidad.

La viscosidad determina el espesor y la resistencia de la película lubricante dentro de la máquina. Sobre ella también influyen algunos factores importantes como los que se mencionan en la tabla 1.

Tabla 1 - Los efectos de la viscosidad
Tabla 1 – Los efectos de la viscosidad

Sin embargo, la viscosidad de un lubricante no tiene significado alguno a menos que se indique la temperatura, es decir, la temperatura a la cual fue determinada. Por el contrario, las máquinas no tienen en cuenta la temperatura en lo que a la viscosidad se refiere (en términos generales). Los requisitos de viscosidad mínima, máxima y óptima requerida por las máquinas no toman en cuenta la temperatura. En lugar de esto, los requerimientos de viscosidad de las máquinas están basados en aspectos tales como el diseño del componente (por ejemplo, rodamientos), la carga y la velocidad. Recuerde, por ejemplo, que la conocida curva de Stribeck no considera la temperatura como una variable.

Dicho lo anterior, ya que las máquinas requieren de una cierta viscosidad, y se sabe que la temperatura tiene una dramática influencia sobre la viscosidad, es imperativo que al momento de seleccionar un lubricante se tome en cuenta la temperatura promedio de operación y el rango de temperatura en que opera la máquina. Recuerde, el sistema de clasificación de viscosidad ISO sólo reporta la viscosidad a una temperatura: 40°C. Más importante aún, para un aceite candidato, usted necesita saber cómo cambia la viscosidad del aceite con respecto al cambio de temperatura.

El índice de viscosidad fue desarrollado para este propósito por E. Dean y G. Davis en 1929 (ASTM D2270). Es un número derivado empíricamente y adimensional. Está basado en la siguiente metodología, un crudo de Pennsylvania (parafínico) se fijó como punto de referencia en un extremo, representando un producto cuya viscosidad varía poco con los cambios de temperatura. El otro extremo fue asignado a un crudo de la costa del golfo de Texas (nafténico). Si un lubricante era similar al crudo de Pennsylvania, a este se le asignaba un índice de viscosidad (IV) de 100. Si era similar al crudo del golfo de Texas, se le asignaba un IV de 0. A uno que estuviese en la mitad, se le asignaba un IV de 50 y así sucesivamente. Mientras mayor el IV, más estable será la viscosidad a través de un rango de temperaturas (más deseable). Las temperaturas utilizadas para determinar el índice de viscosidad son 40 y 100°C.

Una búsqueda en Internet de “calculadores del índice de viscosidad” lo llevará directamente a varios sitios Web. Estos calculadores se pueden utilizar de diferentes formas. Por ejemplo, si se conoce la viscosidad del aceite a dos diferentes temperaturas, se puede usar el calculador para estimar el IV del aceite. Mejor aún, se puede introducir una sola viscosidad (y la temperatura) y el IV (normalmente se encuentra en las hojas de productos) y calcular la viscosidad del mismo lubricante a cualquier otra temperatura (por ejemplo, a la temperatura de operación del equipo).

Hoy se pueden encontrar lubricantes con IV tan bajos como 60. Otros lubricantes pueden tener IV por encima de los 400. Sin embargo, la mayoría de los lubricantes en el mercado tienen IV que se ubican entre 90 y 160.

Echemos un vistazo a dos tipos de lubricantes que comparten una propiedad común – ambos son ISO VG 150. Sin embargo, uno de estos aceites el (A) tiene un IV de 95 (aceite mineral), mientras que el otro (B) tiene un IV de 150 (sintético). Examinemos ahora la viscosidad de estos aceites a menos 20°C y a 100°C. Esto se muestra en la tabla 2.

89%

de los profesionales de la lubricación toman en cuenta el IV cuando seleccionan lubricantes, de acuerdo a una encuesta reciente realizada en machinerylubrication.com

Comparando el aceite con IV de 95 con el de IV de 150, hay una diferencia de +236% en la viscosidad a una temperatura de -20°C y una diferencia de -25% en viscosidad a 100°C. Por supuesto, a 40°C no hay diferencia. Como se mencionó previamente, la máquina determina sus requerimientos de viscosidad basado en el diseño y en las condiciones de operación. Estas condiciones influyen en la temperatura, que a su vez influye en la viscosidad, lo cual influye al final en la protección requerida por la máquina.

Tabla 2 - Comparación de dos aceites diferentes con el mismo grado ISO de viscosidad
Tabla 2 – Comparación de dos aceites diferentes con el mismo grado ISO de viscosidad

Muchas máquinas utilizan un solo tipo de lubricante en diferentes zonas de fricción y operan a diferentes cargas, velocidades y temperaturas. Equipos móviles a la intemperie típicamente trabajan bajo estas condiciones. Para estos equipos, no hay una forma fácil de determinar la viscosidad óptima utilizando un cálculo teórico. En su lugar, la viscosidad ideal se determina haciendo mediciones de campo utilizando evaluaciones de ensayo y error (simplemente probando con varios aceites de diferentes viscosidades y midiendo la temperatura y la protección contra el desgaste).

Para máquinas que operan a carga, velocidad y temperatura constante, la viscosidad ideal a menudo resulta en la menor temperatura del aceite una vez estabilizada. Aceites con menor o mayor viscosidad (que la viscosidad óptima) incrementarán la temperatura a la cual el aceite se ha estabilizado, bien sea por excesivas pérdidas por batido (mucha viscosidad) o por fricción mecánica (muy poca viscosidad).

Si las condiciones no son constantes (cargas, velocidad y temperatura variables, etc.), se crea la necesidad no sólo de tener la óptima viscosidad, sino también de un alto índice de viscosidad para estabilizar la óptima viscosidad del aceite. Mientras más variables sean las condiciones de operación, mayor será la necesidad de un aceite con mayor IV.

Además, tenga en cuenta que para una gran cantidad de máquinas no ha habido en el pasado un esfuerzo experimental o teórico para determinar la viscosidad óptima del aceite. La selección de la viscosidad es en algunos casos una adivinanza descabellada. Esto requiere también de un aceite con alto IV. 

VISCOSIDAD CINEMÁTICA, cST - TEMPERATURA (º C)

También hay que considerar que el sistema de clasificación de grados de viscosidad ISO (ISO 3448) está basado en un incremento del 50 por ciento entre cada grado. Por lo tanto, si se quiere pasar de un ISO VG 100 a un ISO VG 150, el salto es del 50 por ciento. Cuando las opciones de viscosidad están todas separadas por un 50%, es muy difícil lograr seleccionar con precisión el lubricante correcto. Estas grandes diferencias en viscosidad se magnifican a bajas temperaturas. Esta es otra razón adicional para seleccionar aceites con altos IV.

¿Índices de viscosidad altos o bajos?

Un lubricante debe tener un alto índice de viscosidad si una o más de las siguientes condiciones se presentan:

  • No se conoce el valor de óptimo de la viscosidad
  • Existen condiciones de carga y velocidad variables
  • Existen variaciones en la temperatura ambiente
  • Se requiere incrementar la eficiencia energética
  • Para incrementar la vida útil en servicio del aceite (temperaturas promedios más bajas)
  • Para incrementar la vida en servicio de la máquina (menos reparaciones y paros de planta)

Lubricantes más económicos, con bajos índices de viscosidad pueden ser usados si:

  • La velocidad y la carga son constantes
  • La temperatura es constante (temperatura del ambiente constante o si se utiliza un intercambiador de calor para mantener la temperatura constante)

Se conoce el valor óptimo de la viscosidad a la temperatura de operación y se mantiene consistentemente en dicho valor

El IV también puede suministrar información acerca de la formulación del aceite, incluyendo tipo y calidad de la base lubricante. Por ejemplo, aceites minerales puros bien refinados tendrán su correspondiente IV alto. Ciertos aditivos, como los mejoradores del índice de viscosidad y los depresores del punto de fluidez, influyen sobre el IV. Es importante recordar que los aceites que contienen mejoradores del IV, sobre todo algunos tipos, son propensos a perder permanentemente en el tiempo tanto la viscosidad como el IV. Hay ensayos ASTM destinados a evaluar la estabilidad al corte de los mejoradores del IV.

Los valores del índice de viscosidad se encuentran en la mayoría de las hojas de productos disponibles en el mercado. Este simple número está ahí por una razón, y debe considerarse seriamente cuando se desarrollen las especificaciones de los lubricantes que serán utilizados en cualquier tipo de maquinaria.

Jim Fitch, Noria Corporation. Traducido por Francisco J. Páez Alfonzo, Noria Latín América