Cuatro contaminantes letales para los motores diésel

El monitoreo y análisis de algunos contaminantes es importante porque son la causa raíz de una degradación prematura del lubricante y falla del motor. Otros contaminantes son síntomas de una condición de falla activa que requiere una respuesta diferente a un simple cambio de aceite. Por ejemplo, un daño en los sellos puede originar una dilución con combustible o una contaminación con glicol y esto no se remedia con un cambio de aceite o cambiando a un lubricante de mejor desempeño. Estos contaminantes son también causa raíz que favorecen la ocurrencia de nuevas fallas. El valor del análisis de lubricantes está en detectar los problemas en su etapa más temprana, antes de que se manifiesten.

Cualquiera de los contaminantes descritos anteriormente son capaces de hacer que un motor falle prematura o incluso repentinamente. Cabe resaltar que los problemas son más severos cuando los contaminantes se presentan en forma combinada, como alto hollín con alto glicol o alto hollín con dilución con combustible. Existen numerosos caminos para las fallas y la consecuente secuencia del evento. Miles de motores diésel fallan prematuramente cada año a consecuencia de la presencia de glicol, combustible, hollín y agua en el lubricante.

Glicol

El glicol se introduce en el aceite de un motor diésel como consecuencia de sellos defectuosos, daño en las juntas, grietas en el cilindro, rotura de la cámara, daño por corrosión y cavitación. Un estudio reveló la presencia de un 8.6% de glicol en una prueba de campo con 100,000 motores diésel. Otro estudio realizado con 11,000 camiones de carga de larga distancia, dio como resultado la presencia de glicol en 1.5% de las muestras y pequeñas de cantidades en el 16% de los camiones. Estos son algunos de los riesgos asociados a la contaminación con glicol:

Se requiere sólo un 0.4% de refrigerante con glicol en un aceite de motor diésel para coagular el hollín y causar lodos, depósitos, restricción del flujo de aceite y obstrucción de filtros.
De acuerdo con un estudio, la contaminación con glicol incrementa la tasa de desgaste 10 veces por encima de la que causaría una contaminación solamente con agua.
El glicol reacciona con los aditivos causando su precipitación. Por ejemplo, un importante aditivo antidesgaste en el aceite de motor, el Dialquil Ditiofosfato de Zinc (ZDDP), formará productos de reacción y obstruirá los filtros al reaccionar con el glicol. Esto conlleva la pérdida de la capacidad antidesgaste y del desempeño antioxidante del aceite.
El glicol provoca aferramiento en frío del motor.
El etilén glicol produce ácidos corrosivos, incluyendo: ácido glicólico, ácido oxálico, ácido fórmico y ácido carbónico. Estos ácidos disminuyen rápidamente la alcalinidad del lubricante (número básico – BN), dando como resultado una falta de protección frente a dicho ambiente corrosivo y a la oxidación del aceite básico.
Las bolas de aceite (contaminantes esféricos abrasivos) se forman por la reacción del aditivo detergente a base de sulfonato de calcio (encontrado en casi todos los aceites de motor) y el glicol. Se sabe que estas bolas de aceite causan daño en los cojinetes de bancada y otras superficies friccionantes de los motores.
La contaminación con glicol incrementa sustancialmente la viscosidad del aceite provocando una lubricación inadecuada y un enfriamiento deficiente.

Dilución con combustible

Arranques frecuentes, excesiva marcha en vacío y condiciones de operación en frío pueden provocar moderados problemas de contaminación con combustible. Una dilución severa (por encima del 2%) está asociada con fugas, problemas en los inyectores y combustión deficiente. Estos son síntomas de condiciones serias que no pueden ser corregidas con un cambio de aceite. Existe una referencia que indica que el 0.36% del consumo de combustible de un motor, termina en el cárter. Algunos problemas asociados a dilución con combustible son:

Una dilución con diésel en condiciones de operación a bajas temperaturas produce una fluidez deficiente (aglomeración de ceras). Durante el arranque genera baja presión y desabasto de aceite.
El diésel contiene moléculas aromáticas insaturadas, las cuales están catalogadas como pro-oxidantes del aceite. Esto trae como resultado una disminución prematura del número básico (pérdida de la protección anticorrosiva) y un incremento en la viscosidad del aceite a causa de la oxidación, ocasionando depósitos y un leve desabasto de aceite.
La dilución con combustible disminuye la viscosidad de un aceite de motor, por ejemplo un 15W-40 a 5W-20. Esto colapsa el espesor crítico de la película lubricante, generando desgaste prematuro en la zona de combustión del motor (anillos-pistón-cilindro) y en los cojinetes del cigüeñal.
La dilución con combustible causada por un inyector defectuoso causa el lavado del aceite de las paredes del cilindro, lo que acelera el desgaste de anillos, pistones y cilindros. También causa un alto pase de gases al cárter (blow-by) e incrementa el consumo de aceite (blow-by inverso).
La dilución con combustible severa diluye la concentración de los aditivos, disminuyendo su efectividad.
La dilución con biodiesel da como resultado mayores problemas que los que normalmente se producen cuando se utiliza el diésel obtenido de la refinación del petróleo. Estos incluyen estabilidad a la oxidación, taponamiento de filtros, formación de depósitos y volatilidad.

Hollín

El hollín es un subproducto de la combustión, que está presente en todos los aceites de motor diésel en operación. Entra en el motor principalmente por el paso de gases al cárter (blow-by) durante su operación. La presencia de hollín es normal y esperada para un determinado número de kilómetros u horas de uso del motor; si la concentración y el estado del hollín son anormales, es síntoma de que hay algún problema con el motor y/o es necesario un cambio de aceite. Algunos de los problemas relacionados con la contaminación con hollín son:

La eficiencia de la combustión está directamente relacionada con la tasa de generación de hollín. Incorrecto tiempo de encendido, filtro de aire tapado y excesiva tolerancia en los anillos causan alta concentración de hollín. Los problemas de combustión no se resuelven con un cambio de aceite.
Los nuevos diseños de motores diésel de bajas emisiones tienen presiones de inyección más elevadas. Esto incrementa la sensibilidad hacia el desgaste abrasivo (por ejemplo, por hollín) entre los balancines, su eje y los cojinetes de los balancines produciendo su rotura. Las nuevas unidades con recirculación de gases de escape (EGR) amplifican la cantidad de hollín producido y su potencial abrasivo.
La viscosidad incrementa con el hollín. Sin embargo, una alta dispersancia asociada a los actuales aceites de alto desempeño, hace que su viscosidad incremente considerablemente al manejar mayores cantidades de hollín. Una alta viscosidad genera problemas de arranque en frío con el consecuente riesgo de desabasto de aceite.
El hollín y el lodo depositados en el motor o separados del aceite en algunas de las siguientes áreas, caja de balancines, cubierta de válvulas, cárter de aceite y culata, comprometen la confiabilidad de los motores.
Los depósitos sobre la superficie de los motores interfieren con la eficiencia de la combustión y la economía de aceite y combustible.
El hollín pule la película antidesgaste en condiciones de lubricación límite como la encontrada en la zona del árbol de levas y seguidores.
Incremento de los depósitos de carbón detrás de los anillos y en sus ranuras por aumento en los niveles de hollín y lodos causa un desgaste rápido de los anillos y de las paredes de los cilindros. También puede dañar o romper los anillos durante el arranque a bajas temperaturas.

Agua

El agua es uno de los contaminantes más destructivos para la mayoría de los lubricantes. Ataca los aditivos, induce la oxidación de la base lubricante e interfiere con la formación de la película lubricante. Se considera normal que existan bajos niveles de contaminación con agua en aceites de motor. Altos niveles de agua merecen atención y raramente se corrigen con un cambio de aceite. A continuación algunas notas adicionales relacionadas con la contaminación con agua:

Largos periodos de marcha en vacío durante el invierno causan condensación de agua en el cárter, lo que ocasiona disminución del número básico (BN) y ataque corrosivo sobre las superficies, oxidación del aceite, etc.
El agua emulsionada puede absorber aditivos muertos, hollín, productos de oxidación y lodo. Cuando se mueven con el flujo de aceite, estas acumulaciones de lodo pueden tapar los filtros y restringir el flujo de aceite hacia los cojinetes, pistones y tren de válvulas.
El agua incrementa considerablemente el potencial corrosivo de los ácidos normalmente encontrados en los aceites de motor.

Desarrollo de la falla

El desarrollo de la falla varía considerablemente para estos contaminantes. La mayoría de las fallas de muerte súbita por niveles moderados de estos contaminantes usualmente tienen uno o más factores agravantes (el efecto combinado). Por el contrario, concentraciones masivas de uno o más de estos contaminantes resultan en fallas de muerte súbita sin la ayuda de alguna circunstancia agravante. Hay docenas de otros factores agravantes que pueden acortar drásticamente el desarrollo de la falla. Lo típico es que un problema moderado pase desapercibido y se desarrolle con el tiempo. Esto acorta la vida del motor, por ejemplo de 1’200,000 km a 500,000 km.

El efecto acumulativo de los contaminantes en el aceite sobre la confiabilidad del motor, la economía de combustible, emisiones de escape y costos de mantenimiento de una flota grande es enorme. No hay aditivos en el aceite de motor que controlen el daño causado por estos contaminantes. Por lo tanto, el mantenimiento proactivo y el análisis de lubricantes son las mejores estrategias para contrarrestar estos riesgos.

Jim Fitch, Noria Corporation. Traducido por Noria Latín América.