A lo largo de los años, los usuarios de lubricantes han conocido diversas maneras de designar los grados de viscosidad de los lubricantes utilizados en la fabricación. Existen grados SAE (Sociedad de Ingenieros Automotrices) para motores de combustión interna y aceites para engranajes automotrices, grados AGMA (Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes) para aceites para engranajes industriales (ahora en desuso), y unidades de medición como SUS (Segundos Saybolt Universal), cSt (viscosidad cinemática en centiStokes) y cP (viscosidad absoluta en centiPoises).
Para aumentar la confusión, se pueden aplicar dos escalas de temperatura de medición (Fahrenheit y Celsius) a la mayoría de estos, sin mencionar que la viscosidad puede presentarse a 40 °C (104 °F) o 100 °C (212 °F).
Si bien todos estos métodos han sido útiles en mayor o menor medida, la mayoría de los profesionales de la lubricación preferirían tener un solo método como base para seleccionar sus lubricantes. Para quienes se inician en el sector de la lubricación, la cantidad de opciones puede resultar confusa, especialmente si su proveedor principal de lubricantes no asocia alguno de los sistemas de viscosidad más comunes con la etiqueta del producto.
Para complicar las cosas, los diseñadores de maquinaria deben definir la viscosidad del lubricante de tal manera que el usuario de la maquinaria entienda claramente lo que se necesita, sin tener que consultar asesoramiento externo.
Esto indica la necesidad de una designación de viscosidad aceptada universalmente, que pueda ser utilizada por profesionales de la lubricación, proveedores de lubricantes e ingenieros de diseño de maquinaria simultáneamente, con una mínima confusión.
En 1975, la Organización Internacional de Normalización (ISO, por sus siglas en inglés), en colaboración con la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés), la Sociedad de Tribólogos e Ingenieros de Lubricación (STLE, por sus siglas en inglés), el Instituto Británico de Normalización (BSI, por sus siglas en inglés) y el Instituto Alemán de Normalización (DIN, por sus siglas en inglés), establecieron un enfoque para minimizar la confusión. Este método es el estándar ISO 3448 – Lubricantes líquidos industriales: clasificación de viscosidad ISO.
¿Qué es la viscosidad?
No es necesario escuchar mucho en este campo antes de que alguien diga que la viscosidad es la propiedad física más importante de un fluido al determinar los requisitos de lubricación
La viscosidad es la medida de la resistencia del aceite a fluir y al corte, en determinadas condiciones. En resumen, la viscosidad del aceite representa la medida en que este se mantiene en su sitio al ser presionado (cortado) por componentes mecánicos en movimiento o bajo la fuerza de la gravedad.
Imaginemos a un esquiador acuático desplazándose sobre el agua. El agua tiene una viscosidad de 1 centiStoke (cSt). Este valor se encuentra en la parte inferior de la escala de viscosidad. Podemos ver cuánta agua desplaza un esquiador profesional al esquiar.
Si el esquiador estuviera esquiando en un lago con aceite para engranajes SAE 90 o ISO VG 220 y todas las demás condiciones fueran exactamente iguales, entonces la cantidad de fluido salpicado sería considerablemente menor, puesto que el fluido resistiría la fuerza del esquí en un grado mucho mayor.
Existen dos perspectivas de la resistencia al flujo que interesan al diseñador de máquinas. Una es la medida del comportamiento del fluido bajo presión, como en una línea hidráulica presurizada. Esta propiedad se denomina viscosidad absoluta (también conocida como viscosidad dinámica) y se mide en centipoises (cP).
La otra consideración es cómo se comporta el fluido únicamente bajo la fuerza de la gravedad. Esto se denomina viscosidad cinemática y se mide en centiStokes (cSt). Las dos están relacionadas con la gravedad específica (densidad relativa) del fluido. Para determinar los centipoises de un fluido, es necesario multiplicar su viscosidad por su densidad relativa o medirla directamente con un viscosímetro absoluto. Para el profesional de la lubricación industrial, el centiStoke es la unidad de medida que ocupará la mayor parte de nuestra atención.
Como nota al margen, para los aceites en servicio probablemente valga la pena medir la viscosidad absoluta. La medida en centiStokes puede ser engañosa, ya que la densidad de los lubricantes cambia con el tiempo, generalmente aumentando. Es posible superar el límite de viscosidad absoluta de una máquina, pero aun así tener una viscosidad cinemática que indique que está bien.
Entonces, la viscosidad es una medida de la resistencia del fluido a fluir. El agua tiene una viscosidad baja de 1 cSt y la miel tiene una viscosidad muy alta, digamos 1000 cSt. Si una máquina está muy cargada, el diseñador usará un lubricante resistente al empuje, que sería pesado como la miel. Si la máquina funciona muy rápido, el diseñador especificará un lubricante que pueda entrar y salir del componente con la misma rapidez. Generalmente, las máquinas tendrán que preocuparse por uno u otro; a veces, por ambos al mismo tiempo.
Las viscosidades se miden mediante un dispositivo de laboratorio llamado viscosímetro. En el caso de los aceites lubricantes, los viscosímetros suelen funcionar por gravedad en lugar de por presión. Imagine un viscosímetro cinemático como un tubo de vidrio largo, con un volumen de aceite en su interior. La viscosidad del fluido se mide por el tiempo que tarda en pasar el fluido a través del tubo entre dos marcas fijas, en condiciones muy específicas de temperatura.
Gracias a que las condiciones son repetibles, es posible medir el tiempo que tarda el fluido en fluir por el tubo, y debería ser prácticamente el mismo en cada ocasión. Esto es similar al tiempo que tarda en pasar un volumen específico de fluido a una temperatura específica a través de un embudo. A medida que el fluido se vuelve más espeso (en función de su creciente resistencia al flujo), tarda progresivamente más en atravesar el tubo (embudo). Un volumen de agua podría pasar en un segundo, mientras que el mismo volumen de miel podría tardar mil segundos (hipotéticamente).
Sabemos que, si elevamos y bajamos la temperatura de un fluido, suele haber un cambio correlativo en su resistencia al flujo. El fluido se vuelve más espeso a temperaturas más bajas y más fluido a temperaturas más altas.
Dadas todas estas variables y detalles, varias organizaciones decidieron idear una forma de caracterizar los aceites lubricantes para que los miembros de sus respectivas organizaciones tuvieran una manera uniforme y sencilla de comunicarse, educar y, en última instancia, proteger sus intereses.
Propósito del Sistema ISO VG
El propósito del sistema ISO de clasificación de grados de viscosidad es establecer un método de medición de la viscosidad para que los proveedores de lubricantes, los diseñadores de maquinaria y los usuarios tengan una base común (estandarizada) para designar o seleccionar lubricantes líquidos industriales.
Se consideraron a fondo diferentes enfoques antes de que el Comité Técnico de ISO (TC23) se decidiera por uno lógico y fácil de usar. Desde el principio, se tuvieron en cuenta algunos criterios importantes, como:
- Referenciar los lubricantes a una temperatura nominal para sistemas industriales.
- Utilizar un patrón que se ajuste a las incertidumbres impuestas por las tolerancias de fabricación dimensional.
- Usar un patrón que tenga cierto sentido de repetibilidad hacia arriba y hacia abajo en la escala.
- Utilizar un patrón que utilice un número pequeño y fácilmente manejable de grados de viscosidad.
La temperatura de referencia para la clasificación debe ser razonablemente cercana a la experiencia promedio en servicio industrial. También debe estar estrechamente relacionada con otras temperaturas seleccionadas para definir propiedades como el índice de viscosidad (IV), que puede ayudar a definir un lubricante.
Un estudio de posibles temperaturas indicó que 40 °C (104 °F) era adecuado para la clasificación de lubricante industrial, así como para las propiedades de definición de lubricante mencionadas anteriormente. Por consiguiente, esta clasificación de viscosidad ISO se basa en la viscosidad cinemática a 40 °C (104 °F).
Figura 1. Grados de viscosidad ISO
Para que la clasificación se pudiera utilizar directamente en los cálculos de diseño de ingeniería, donde la viscosidad cinemática del lubricante es solo uno de los parámetros, era necesario que el ancho del grado de viscosidad (rango de tolerancia) no superara el 10 % a ambos lados del valor nominal. Esto reflejaría una incertidumbre de orden (punto central) en los cálculos similar a la impuesta por las tolerancias dimensionales de fabricación.
Esta limitación, sumada al requisito de que el número de grados de viscosidad no debía ser demasiado grande, llevó a la adopción de un sistema con brechas entre los grados de viscosidad.
Esta clasificación define 20 grados de viscosidad en el rango de 2 a 3200 milímetros cuadrados por segundo (1 mm²/s = 1 cSt) a 40 °C (104 °F). Para líquidos derivados del petróleo, esto abarca aproximadamente el rango desde el queroseno hasta los aceites para cilindros.
Cada grado de viscosidad se designa mediante el número entero más cercano a su viscosidad cinemática del valor medio en mm²/s a 40 °C (104 °F), y se permite un rango de ±10 % de este valor. Los 20 grados de viscosidad con sus límites correspondientes se enumeran en la Tabla 1 .
Tabla 1. Clasificación de viscosidad ISO 3448
La clasificación se basa en el principio de que la viscosidad cinemática nominal de cada grado debe ser aproximadamente un 50 % mayor que la del grado anterior. La división de cada década en seis pasos logarítmicos iguales proporciona dicho sistema y permite una progresión uniforme de década en década.
La serie logarítmica se ha redondeado para simplificar. Aun así, la desviación máxima de las viscosidades del punto medio con respecto a la serie logarítmica es del 2.2 %.
La Tabla 2 reúne algunos métodos populares de medición de viscosidad en una sola tabla. Si el profesional se siente cómodo con un sistema de clasificación en particular, pero desea ver el rango de viscosidad correlativo en otra, simplemente debe trazar una línea recta horizontal sobre el grado de viscosidad elegido y ver su correlación con los demás sistemas.
Tabla 2. Comparativa de viscosidades entre diferentes sistemas de clasificación
Si bien es cierto que algunos sistemas de clasificación de viscosidad se excluirán a medida que las empresas adopten la designación ISO, no es necesario que los usuarios de esos lubricantes los abandonen. Además, no se pretende ofrecer una definición de calidad de los lubricantes con esta escala. Que un producto tenga un número ISO VG asociado no influye en sus características de desempeño.
La designación ISO 3448 se ha venido desarrollando desde 1975. La versión más reciente, de 1992 (ISO 3448:92), contiene 20 grados. Esto abarca prácticamente cualquier tipo de aplicación que pueda encontrar el profesional de la lubricación. La comunidad de fabricantes de lubricantes ha aceptado los grados ISO recomendados y ha dedicado un esfuerzo considerable para adaptarse al nuevo enfoque de clasificación, tanto en productos antiguos como nuevos.
Es poco probable que todos los que aprendimos sobre el uso del aceite de nuestros mentores o amigos bajo el capó de un coche abandonemos alguna vez el sistema de clasificación SAE. No tenemos por qué hacerlo. Al menos en el caso de los aceites para automóviles, podemos esperar que se sigan utilizando los valores 10, 20, 30, 40, 50 y 60 y otros que surjan. Sin embargo, es probable que en el mundo de la lubricación industrial haya una mayor dependencia del estándar ISO.
Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América