Generalmente, para obtener un desempeño óptimo en cualquier equipo mecánico, debe lubricarse adecuadamente, con el propósito primordial de reducir la fricción y el desgaste. Si estos factores no son controlados, se puede presentar una baja eficiencia en la operación, daños en los sistemas críticos y finalmente el deterioro de la máquina. En este sentido, la viscosidad de los aceites lubricantes es fundamental, debido a que en la mayoría de los casos es la que determina la capacidad del lubricante para formar una película que separe las superficies en movimiento relativo, minimizando así el contacto entre ellas.
La viscosidad se define como la resistencia que opone cualquier fluido a fluir bajo la acción de una fuerza externa, entiéndase gravedad o esfuerzo de corte.
A través del tiempo, la viscosidad se ha considerado como la propiedad más importante en los aceites lubricantes, lo que ha propiciado el desarrollo de diversas metodologías para determinarla y, paralelamente, diversos sistemas de clasificación.
Clasificación de viscosidad SAE para lubricantes de motor de combustión interna
La Sociedad de Ingenieros Automotrices de los Estados Unidos (SAE, por sus siglas en inglés), estableció una clasificación de viscosidad para los lubricantes desarrollados para su uso en motores de combustión interna (diésel, gasolina y gas).
Esta clasificación de lubricantes está definida según la especificación SAE J-300 (vea la Tabla 1) y en la actualidad contempla 14 grados de viscosidad, divididos en grados de baja temperatura y grados de alta temperatura.
Grados de baja y alta temperatura
Los grados de viscosidad para baja temperatura van acompañados por la letra “W” haciendo referencia a la estación climatológica de invierno (“Winter”, en inglés) y se basan principalmente en el cumplimiento de requerimientos de desempeño a baja temperatura, aunque también deben cumplir con algunos requerimientos en alta temperatura. Los grados de viscosidad en alta temperatura no van acompañados por alguna letra y sus requisitos de desempeño son medidos solamente a alta temperatura.
Tabla 1 – Clasificación de viscosidad SAE J-300
Requerimientos de grados de viscosidad a baja temperatura
Viscosidad de arranque en baja temperatura. La capacidad del lubricante para permitir el fácil arranque del motor bajo condiciones de baja temperatura, en virtud de su poca resistencia al movimiento o baja viscosidad dinámica a altos esfuerzos de corte, la cual es evaluada por ASTM D5293, método de prueba estándar para determinar la viscosidad aparente de aceites de motor entre -10 y -35 °C, utilizando el simulador de arranque en frío. Este ensayo se correlaciona con el fenómeno que se presenta en el cigüeñal de un motor de combustión interna cuando gira dentro del baño de aceite durante el arranque a bajas temperaturas.
Facilidad de bombeo. La capacidad del lubricante para fluir a través de la bomba de aceite a baja temperatura, de tal manera que se logre una adecuada lubricación en las partes más críticas del motor en virtud de su baja viscosidad dinámica a pequeños esfuerzos de corte, evaluada por ASTM D4684, método de prueba estándar para determinar el esfuerzo de corte y la viscosidad aparente de aceites para motor a baja temperatura. Cuando un aceite es enfriado, la velocidad y duración del enfriamiento afectan el esfuerzo de corte y la viscosidad. En esta prueba, el aceite se enfría lentamente en un rango de temperatura en el cual ocurre la cristalización de ceras. Esto simula que, si el aceite no tiene una apropiada viscosidad, no podrá ser succionado por la bomba, de ahí que no pueda llegar a los componentes del motor que deben ser lubricados. Se cree que esta falla ocurre por la formación de una estructura tipo gel que da como resultado un elevado esfuerzo de corte, una alta viscosidad, o ambos.
Viscosidad mínima en alta temperatura. La propiedad del lubricante para garantizar una película fluida entre las partes en movimiento a alta temperatura, con un requisito mínimo de viscosidad cinemática a 100 °C (ASTM D445).
Requerimientos de los grados de viscosidad de alta temperatura
Viscosidad mínima en alta temperatura. La propiedad del lubricante para garantizar una película fluida entre las partes en movimiento a altas temperaturas. Se utiliza un rango de viscosidad cinemática a 100 °C para cada grado en particular, (ASTM D445). La capacidad del lubricante para proporcionar una película fluida entre las superficies en movimiento a la temperatura de operación del motor, sin incurrir en el deterioro del desempeño por el uso de aceite con excesiva viscosidad.
Viscosidad en alta temperatura y alto esfuerzo de corte. La cualidad del lubricante para generar un espesor de película adecuado a alta temperatura y en presencia de un alto esfuerzo de corte (HTHS, por sus siglas en inglés) se evalúa mediante ASTM D4683 (método de prueba estándar para determinar la viscosidad a alta tasa de corte y alta temperatura por el simulador de cojinete cónico), D4741 (método de prueba estándar para determinar la viscosidad a alta tasa de corte y alta temperatura por medio del viscosímetro de tapón cónico) y D5481 (método de prueba estándar para medir la viscosidad aparente a alta temperatura y alta velocidad de corte mediante un viscosímetro capilar multi celda). El primero se correlaciona con las condiciones que se encuentran en los cojinetes de bancada de un motor de combustión interna operando en condiciones severas. El segundo representa las condiciones de alta temperatura y corte que se presentan en un motor de combustión interna, sin tener en cuenta las presiones. En la Tabla 1 se presentan dos valores para el grado de viscosidad SAE 40; el primero es para los aceites multigrado que pueden utilizar la marca que los identifica como aceites para economía de combustible o servicio liviano (gasolina) y el otro para servicio pesado (diésel).
Aceites monogrados y multigrados
Cuando un lubricante es formulado para cumplir con sólo uno de los requisitos de la tabla, es decir, baja temperatura o alta temperatura, se dice que este aceite es un “monogrado” (por ejemplo: SAE 30). Por otro lado, cuando un aceite cumple con el grado de viscosidad de baja temperatura y alta temperatura, se dice que es “multigrado” (por ejemplo: SAE 10W-30); es decir, este aceite se comporta como un SAE 10W a baja temperatura y como un SAE 30 en alta temperatura. Para lograr este comportamiento, el aceite multigrado suele ser formulados con aditivos depresores de punto de fluidez, que le permiten fluir a baja temperatura evitando la formación de geles o ceras, y aditivos que le mejoran el índice de viscosidad (relación del cambio de la viscosidad por efecto de la temperatura) para poder mantener la viscosidad a altas temperaturas, llamados mejoradores del índice de viscosidad (MIV).
En algunos países tropicales existe la creencia de que, por no existir cambios de temperatura extremos, solamente se deben usar aceites monogrados y no multigrados. Esto podría aplicar para aquellos motores estacionarios que generalmente operan a velocidades y cargas constantes, siendo los más usados los SAE 30 y 40. En aplicaciones marinas, para motores de grandes cilindradas, algunos fabricantes de equipos original recomiendan el grado de viscosidad SAE 60 para su lubricación.
En la actualidad, la mayoría, si no todos los fabricantes de motores a gasolina y diésel recomiendan el uso de aceites multigrados por las ventajas que presentan en cuanto a economía de combustible y consumo de aceite, entre otros beneficios.
El sistema de certificación y licenciamiento establecido por el API (Instituto Americano del Petróleo) para aceites de motor, establece que los únicos grados de viscosidad que pueden proporcionar economía de combustible y colocar esa leyenda en sus envases, son los que cumplen con los grados SAE 0W-XX, 5W-XX Y 10W-XX. Entendiendo que XX puede ser SAE 20 y SAE 30. Los demás grados, como el 15W-XX, 20W-XX y 25W-XX, no pueden colocar en sus envases el sello del API como lubricantes que satisfacen los requisitos de economía de combustible.
Con este artículo queremos ayudarle a entender de una forma sencilla cómo se relacionan con la vida real las diferentes mediciones de viscosidad y auxiliarle en la selección del aceite idóneo, de acuerdo con sus condiciones ambientales.
Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América