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Yo entiendo la viscosidad del aceite… ¿y tú?
Antes de comenzar, ajuste su cinturón de seguridad y adopte la posición de impacto porque… ¡Vamos a ir a fondo, muy a fondo! Bienvenido al fascinante mundo de los aceites automotrices: Las curiosidades de la viscosidad.
Si les pregunta a 10 personas qué saben de viscosidad, tendrá 10 respuestas diferentes.
Vamos a analizar cuatro conceptos clave relacionados con la viscosidad del aceite automotriz.
- ¿Qué es la viscosidad?
- ¿Qué es la viscosidad cinemática?
- ¿Qué es la viscosidad dinámica o absoluta?
- ¿Qué es la viscosidad de alta temperatura, alto corte HTHS?
Concepto 1: ¿Qué es la viscosidad
Necesitamos comprender mejor qué es la viscosidad, antes de pasar a definir cómo la medimos.
La viscosidad es la resistencia del fluido a fluir. O dicho simplemente, qué tan espeso o fluido es el líquido. Compare agua y miel; es fácil ver la diferencia.
Los químicos del petróleo miden la viscosidad de dos maneras diferentes. La primera forma se llama Viscosidad cinemática y la segunda forma se llama Viscosidad dinámica o absoluta. Ambas tienen sus usos.
Otro punto importante es estar conscientes de que el aceite se espesa cuando hace se enfría y se adelgaza cuando se calienta.
En una ocasión, un asistente a una capacitación que estaba haciendo sobre aceites para automóviles comentó, “se refiere a miel sacada del congelador en comparación con miel sacada del microondas”. ¡No podría haberlo dicho mejor! Sé que no solemos poner miel en el microondas, pero funciona para este artículo.
La Asociación de Ingenieros Automotrices (SAE, por sus siglas en inglés) ha creado una clasificación de viscosidad para los aceites de motor. Para este artículo vamos a poner como ejemplo un aceite SAE 0W-30 y analizaremos su significado.
El grado de viscosidad de arranque en frío, 0W en nuestro ejemplo, se mide a una temperatura muy fría, donde el aceite tendrá una alta viscosidad. El grado de viscosidad a temperatura de operación, 30 en nuestro ejemplo, se mide a una temperatura de 100 ºC.
Concepto 2: ¿Qué es la viscosidad cinemática?
La viscosidad cinemática se calcula en función del tiempo que tarda en viajar el aceite de prueba a través de un tubo de vidrio. Es la fuerza de la gravedad la que actúa aquí. El aceite de mayor viscosidad tarda más en fluir a través de este equipo de laboratorio, llamado viscosímetro.
La viscosidad cinemática se mide en centistokes (cSt); es posible que lo vea en las hojas de especificaciones como mm2/s. Lleva el nombre de un irlandés llamado Sir George Stokes de la década de 1840.
Otra forma de ver la viscosidad cinemática es poniendo nuestros dos tarros de miel boca abajo. La miel sacada del horno de microondas provocará un desastre pegajoso en la mesa, la miel sacada del refrigerador tardará mucho más en gotear.
En ambos casos, en el laboratorio y en la cocina, la fuerza que actúa es la gravedad.
La viscosidad sólo es relevante si se indica la temperatura a la cual se mide. Decir que la miel no fluye fácilmente es un poco inútil a menos que mencionemos la temperatura específica a la que está la miel.
El grado de viscosidad a temperatura de operación, SAE 30 en nuestro ejemplo, se mide a una temperatura de 100 ºC.
La tabla de clasificación de viscosidad para aceites de motor SAE J-300 enumera los rangos aceptables para los distintos grados de viscosidad. En la Figura 1 vemos que el rango de viscosidad del grado SAE 30 está entre 9.3 y 12.5 cSt a 100 ºC.
La hoja de especificaciones del aceite Valvoline SynPower en la Figura 1 tiene una viscosidad de 9.4 centistokes a 100 °C. Lo que demuestra que corresponde al grado de viscosidad SAE 30.
Concepto 3 – Qué es la viscosidad dinámica o absoluta
La viscosidad dinámica se utiliza para medir el desempeño del aceite a bajas temperaturas. En nuestro ejemplo, esta es la fuerza que se necesita para mover el aceite cuando está muy frío durante el arranque, por ejemplo, a menos 35 °C. Se mide en centipoise cP. aunque es posible que se reporte también en milipascal segundo (mPa.s) que son unidades del sistema internacional de medidas.
Centipoise lleva el nombre de un francés llamado Jean Louis Poiseuille, también de la década de 1840.
Volviendo al ejemplo de la miel. Si intenta revolver la miel sacada del congelador, ¡es probable que se rompa la cuchara!
La fuerza para agitar el aceite proviene de la máquina de prueba en el laboratorio. La fuerza para agitar la miel proviene de su brazo.
La viscosidad de arranque en frío, 0W en nuestro ejemplo, se mide a una temperatura muy fría, donde el aceite tendrá una alta viscosidad.
Para obtener una clasificación de 0 W, el aceite debe pasar dos pruebas a diferente temperatura, a menos 35 °C para el arranque a baja temperatura y a menos 40 °C para el bombeo a baja temperatura.
En primer lugar, la prueba de arranque a baja temperatura: ¿el aceite permite que el motor de arranque gire y permita encender el motor?
La segunda prueba es la de bombeo a baja temperatura: ¿es el aceite lo suficientemente fluido para ser bombeado a través de la bomba de aceite?
Esta segunda prueba se introdujo después del invierno muy frío de 1980. Los motores de los automóviles arrancaban, pero el aceite no fluía dentro del motor, con inevitables consecuencias catastróficas para el motor.
Como puede ver en la Figura 2, un aceite con clasificación 0W se prueba a una temperatura mucho más fría que, digamos, un 20W, como en un 20W-50, el aceite que estaba disponible en 1970. El 20W tiene un arranque en frío bastante malo en comparación con el excelente desempeño del 0W.
Un punto para recordar: el 75% del desgaste del motor proviene de arranques en frío. Vale la pena elegir sabiamente el aceite.
Un resumen rápido de nuestro aceite 0W-30
¿Qué significa realmente el grado de viscosidad 0W-30?
Tomemos la parte de 0W. Ya sabemos que esta es la clasificación de viscosidad para arranque en frío.
En primer lugar, la W significa invierno. El 0 es el grado de viscosidad que trabaja a la temperatura de arranque y se mide a la temperatura indicada en SAE J-300 para evaluar la viscosidad del aceite en condiciones de frío extremo y asegurar que la bomba pueda hacer fluir el aceite desde el cárter hacia todos los componentes internos.
El segundo número, el 30, es el grado de viscosidad a la temperatura de funcionamiento normal. Este valor se mide a 100 °C.
Ahora sabemos que el arranque en frío de un aceite 0W se mide a temperaturas realmente frías y tiene que pasar dos pruebas de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés).
La viscosidad del aceite debe permitir que el motor de arranque encienda el motor y, en segundo lugar, bombee el aceite a través de la bomba de aceite.
La viscosidad utilizada es la viscosidad dinámica y se mide en centipoise cP (mP.s).
La viscosidad a temperatura de funcionamiento normal para un aceite de grado SAE 30 debe tener un rango de viscosidad de entre 9.3 y 12.5 centistokes a 100 °C, de acuerdo con la tabla de SAE J-300.
La viscosidad utilizada es la viscosidad cinemática y se mide en centistokes cSt (mm2/s).
Concepto 4 – Qué es la viscosidad de alta temperatura, alto corte – HTHS
La viscosidad de alta temperatura, alto corte (HTHS) se ha vuelto muy importante en los últimos años.
Cuando los fabricantes de automóviles buscaban lograr la máxima economía de combustible pidieron ayuda a los fabricantes de aceite, quienes investigaron el problema y observaron cómo el aceite fluye a través de los cojinetes del motor, descubriendo que se podía ahorrar combustible por medio de la viscosidad.
La viscosidad HTHS mide la viscosidad de un lubricante de motor a 150 °C y simula las estrechas tolerancias y las altas velocidades entre los componentes móviles en un motor caliente. En particular, los cojinetes, el árbol de levas, los anillos y las camisas del pistón.
Debido al calor extremo alrededor del cigüeñal, la viscosidad HTHS se mide a 150 °C.
Los fabricantes de aceite crearon un aceite especial de baja viscosidad que fluye fácilmente a través de los cojinetes y ofrece un beneficio de economía de combustible, al mismo tiempo que protege contra el desgaste. Todos los aceites para motores de automóviles deben cumplir con la norma SAE J-300 para la viscosidad HTHS pertinente. Sin embargo, los aceites nuevos, especialmente el 0W-20 y 0W-16 tienen una viscosidad HTHS más baja con mayores beneficios de ahorro de combustible.
La última columna de la tabla SAE J-300 en la Figura 3 indica la viscosidad HTHS aceptable.
Puede ver que los aceites 0W-20 deben tener al menos 2.6 cP@ 150 °C y los aceites 0W-16 deben tener al menos 2.3 cP@ 150 °C. Todo con el espíritu de maximizar la economía de combustible.
La Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles (ACEA, por sus siglas en inglés) establece para los aceites ACEA C5 un mínimo de 2 cP@150 °C.
Un punto a tener en cuenta es que estos aceites están diseñados para motores específicos de economía de combustible; no los utilice en motores para los cuales no están diseñados.
Los aceites de motor han recorrido un largo camino desde el grado 10W-60 (primeras series BMW M). El grado 60 en la tabla SAE J300 tiene una enorme viscosidad de entre 21.9 a 26.1 cSt a 100 °C y una viscosidad HTHS bastante espesa de 3.7 cP a 150 °C.
Compare esto con el nuevo grado de la tabla, un 0W-8 que tiene entre 4 y 6.1 cSt a 100 °C y una viscosidad HTHS súper fina de un mínimo de 1.7 cP y un potencial ahorro de combustible.
Los requisitos de ACEA y de los fabricantes de equipo original (OEM, por sus siglas en inglés) se establecen adicionalmente a los requisitos de SAE establecidos en el estándar SAE J-300.
La Figura 4 reúne claramente estos 4 conceptos.
En caso de que se pregunte cuál es la viscosidad dinámica del agua: es 1 cP a 20 °C. ¡Los aceites modernos a altas temperaturas están avanzando poco a poco hacia la viscosidad del agua!
En EE.UU. se espera que el consumo de aceite SAE 0W-20 aumente aproximadamente desde el 20% actual hasta convertirse en el grado más popular en 2025.
Finalmente, si cree que el aceite no hace lo que dice en el envase, comuníquese con Verificación de Especificaciones de Lubricantes (VLS, por sus siglas en inglés). Están ahí para ayudarle: ukla-vls.org.uk/
Reconocimiento al Dr. Edward Wright: “El impacto de las especificaciones críticas SAE en la formulación y fabricación de aceites automotrices”.
Referencia: Simón Mitchell. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América