Cuando la viscosidad de un aceite experimenta un cambio significativo, es importante. La mayoría de las características asociadas con lubricantes incorrectos, contaminados o degradados provocarán un cambio en la viscosidad.
En otras palabras, al analizar la viscosidad de un aceite usado y no observarse ningún cambio reportable, se puede concluir que muchos de los problemas que podrían estar afectando al aceite aún no se están presentando. Estos incluyen oxidación, adelgazamiento por cizallamiento, degradación térmica y muchas otras condiciones condenatorias comunes.
Las señales de cambio de viscosidad son numerosas. En muchas organizaciones, el diagnóstico incorrecto de las causas provoca la recurrencia del problema (por la misma causa) con cada cambio de aceite. Esto ocurre cuando los laboratorios de análisis de aceite detectan un cambio en la viscosidad y solo recomiendan drenar el reservorio de aceite y sustituir el lubricante.
Este artículo se redactó para ofrecer una lista organizada de las razones comunes y no tan comunes de la viscosidad no conforme de los lubricantes. Las diversas aplicaciones de los lubricantes son tan extensas y los registros de fallas de viscosidad de lubricantes en servicio tan incompletos, que es probable que se hayan pasado por alto muchas de las condiciones responsables de las excursiones de viscosidad.
Cómo cambia la viscosidad
Imagine las moléculas de un aceite como una gran cesta de frutas enteras mezcladas. Al inclinar la cesta, la fruta se convierte en un fluido y fluye fuera de ella. En la cesta hay cerezas, ciruelas, limones, manzanas, pomelos y melones. Las frutas tienen diferentes tamaños y pesos, al igual que las moléculas del aceite mineral común.
Al refinar el petróleo crudo, las moléculas se separan según su peso molecular en grupos amplios (pequeñas, medianas y grandes, por ejemplo). La viscosidad de un aceite se correlaciona básicamente con el tamaño promedio de sus moléculas; es decir, las moléculas pequeñas se asocian con baja viscosidad (aceite ligero) y las moléculas grandes con alta viscosidad (aceite espeso).
Para cambiar la viscosidad, es necesario modificar el tamaño promedio de las moléculas. La mayoría de los aceites minerales con una viscosidad específica tienen moléculas de diversos tamaños. Sin embargo, si la viscosidad del aceite es alta, el tamaño predominante es el grande. Lo contrario ocurre con un aceite de baja viscosidad.
Volviendo a la analogía de la fruta, la viscosidad de la cesta de frutas variadas cambiaría si se eliminaran todas las cerezas. Esto aumentaría el tamaño promedio de la fruta y la viscosidad. En el caso de un lubricante, el aceite caliente puede evaporar pequeñas moléculas, creando el mismo efecto.
Para disminuir la viscosidad, se pueden cortar los melones en cuartos para hacerlos más pequeños. Con el aceite, las moléculas pueden fragmentarse al exponerse a temperaturas extremadamente altas. Otra forma de reducir la viscosidad de la cesta de fruta sería añadir más cerezas, limones y ciruelas a la mezcla.
Esto es similar a añadir un aceite de baja viscosidad a uno de mayor viscosidad. La viscosidad resultante se encuentra en un punto intermedio entre ambas. Este tipo de dilución también ocurre cuando el aceite de motor está contaminado con combustible.
A continuación, se resume cómo puede cambiar la viscosidad utilizando nuestra analogía de la canasta de frutas:
Disminuir la viscosidad:
- Agregar más fruta pequeña (mezclar combustible con aceite).
- Retirar parte de la fruta grande (eliminar insolubles de oxidación por separación electrostática).
- Cortar la fruta más grande en trozos más pequeños (adelgazamiento por cizallamiento de los mejoradores del IV y ruptura de moléculas del lubricante).
Aumentar la viscosidad:
- Agregar más fruta grande (agregar un aceite de relleno más viscoso).
- Retirar parte de las frutas pequeñas (volatilizar las fracciones ligeras de hidrocarburos).
- Pegar varias frutas pequeñas en grupos más grandes de frutas (oxidación, polimerización, etc.).
Efectos de viscosidad de suma cero (dos eventos compensatorios simultáneos):
- Se agregan frutas pequeñas y grandes al mismo tiempo (cuando el aceite de motor está contaminado con combustible y hollín, el combustible disminuye la viscosidad y el hollín la aumenta).
- Se cortan (en pedazos) las frutas grandes y retiran las frutas pequeñas al mismo tiempo (las altas temperaturas rompen térmicamente las moléculas de aceite y generan gas que se evapora del aceite).
La detección temprana, clave para el manejo de la salud
En algunos casos, es normal que haya ligeros cambios de viscosidad; por ejemplo, una ligera dilución por corte de los mejoradores del índice de viscosidad (IV) de un fluido hidráulico. Sin embargo, en otros casos, un cambio en la viscosidad de un aceite podría ser el primer indicio de un problema más grave. Por ejemplo, cuando un aceite pierde su estabilidad a la oxidación, la viscosidad tenderá a aumentar.
Si el problema no se reconoce ni se corrige, un aumento de apenas el cinco por ciento en la viscosidad pronto se convierte en un aumento del 50 por ciento, que aumenta rápidamente hasta el 500 por ciento. En estos casos, cuanto peor se pone la situación, más rápido empeora. Por lo tanto, la detección temprana es el imperativo estratégico.
Hay dos estrategias importantes que se deben aplicar. La primera es establecer una línea de base adecuada (no utilizar los «valores típicos de producto» publicados). Dado que la viscosidad de un aceite nuevo puede variar hasta un 20 % y mantenerse dentro de su grado de viscosidad ISO designado, es necesario medir y registrar la viscosidad inicial real. Después de todo, sería bastante difícil detectar una variación del 10 % en la viscosidad de un aceite usado en servicio si se desconoce la viscosidad inicial correcta y se asume que está en torno al 20 %. Es mejor medir la viscosidad del lubricante nuevo de la misma manera que se planea monitorear la viscosidad del aceite usado: con los mismos instrumentos, la misma temperatura, el mismo procedimiento, etc.
Debido a que algunos lubricantes son mezclas de fluidos de diferentes lotes, a veces aceites nuevos y usados mezclados progresivamente en un gran depósito, es mejor establecer como línea de base la viscosidad inicial “mezclada”, en oposición a la viscosidad de cualquier lote individual de aceite nuevo.
Una vez que se haya establecido la línea de base del lubricante, se deben establecer límites. Muchos programas de análisis de aceite lo hacen automáticamente. Dado que las variaciones de viscosidad tanto hacia arriba como hacia abajo son importantes, se deben establecer límites en ambas direcciones.
Esto, en efecto, crea una banda o marco alrededor de la viscosidad base del aceite. Si la viscosidad tiende a subir o bajar significativamente, se sobrepasa un límite y se alerta o se activa la condición.
La mayoría de los programas de análisis de aceite de alta gama aplican límites estrictos por encima y por debajo de los valores base de viscosidad. En los aceites de motor de combustión interna, la viscosidad se mide típicamente a 100 °C (212 °F), mientras que casi todos los demás lubricantes se miden a 40 °C (104 °F). Si se dispone de una base de viscosidad confiable, se recomienda establecer límites de precaución y críticos.
La Figura 1 sugiere algunos límites convencionales para lubricantes de motor e industriales. Una vez establecidos el valor de referencia y los límites, los datos del análisis de aceite usado son más fáciles de comprender.
Figura 1. Cómo establecer límites de viscosidad
Consulte la tabla de resolución de problemas de la Figura 2 como guía para interpretar los datos de viscosidad no conformes.
Figura 2. Cómo usar el análisis de viscosidad
Impacto de la gravedad específica en la viscosidad
La mayoría de los laboratorios comerciales de análisis de aceite utilizan la viscosidad cinemática mediante viscosímetros capilares de flujo por gravedad según el estándar ASTM D445 (IP 71S1/97). Una limitación o interferencia conocida en la medición de la viscosidad cinemática se produce cuando cambia la gravedad específica del aceite. Normalmente, esta aumenta con el envejecimiento o la contaminación del aceite. Esto puede ocurrir simultáneamente con los cambios de viscosidad o independientemente de ella.
Si la gravedad específica aumenta sin que cambie la viscosidad absoluta (la resistencia del aceite al flujo o al cizallamiento), se producirá una disminución de la viscosidad cinemática proporcional al cambio en la gravedad específica. Si bien no se trata de un cambio real de la viscosidad, puede malinterpretarse. Ejemplos de cómo la gravedad específica puede aumentar la viscosidad incluyen la contaminación (con sólidos y líquidos pesados), la oxidación, las pérdidas por evaporación, las partículas de desgaste, la contaminación por glicol, etc.
En muchos casos, cuando la gravedad específica de un aceite aumenta, también aumenta su viscosidad absoluta. El efecto resultante subestima el aumento reportado en la viscosidad cinemática.
Cómo aprovechar al máximo el monitoreo de la viscosidad
Incorporar el análisis de viscosidad de rutina a un programa de monitoreo de la condición del lubricante es una estrategia acertada. De las diversas condiciones que influyen en la viscosidad del lubricante, como se mencionó en la página anterior, la ausencia de cambios en la viscosidad es realmente reconfortante. Por esta razón, muchos programas de confiabilidad incorporan el análisis de viscosidad en sitio y revisan regularmente los lubricantes y fluidos hidráulicos críticos.
Cuando se presentan tendencias de viscosidad no conformes, la mejor práctica es determinar la causa raíz de la desviación para evitar que vuelva a ocurrir. Esto es especialmente cierto en casos donde la viscosidad cambia al inicio de la vida útil del lubricante o cuando se observan grandes variaciones de viscosidad.
Finalmente, como ocurre con la mayoría de los instrumentos de análisis de aceite y tecnologías de mantenimiento, el análisis de viscosidad por sí solo no proporciona una visión completa de todo lo que ocurre con el aceite y la máquina. Otras herramientas y métodos son igualmente importantes para complementar su arsenal de monitoreo de condición.
Jim Fitch. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América