No ignore el índice de viscosidad al seleccionar un lubricante

Con demasiada frecuencia, el índice de viscosidad (IV) se ignora como un parámetro de selección del lubricante. Una razón es simplemente porque no se comprende bien. Algunas personas piensan que el índice de viscosidad está incorporado en el grado de viscosidad ISO, pero no es así. Se destaca como un diferenciador independiente del desempeño de los lubricantes.

Todos sabemos que la viscosidad es la propiedad física más importante de un lubricante. Es una medida pura de la constitución molecular de un lubricante desde el punto de vista del tamaño de la cadena del hidrocarburo. La viscosidad se determina creando fricción entre las moléculas a partir del movimiento del fluido. Cuanto mayor sea la fricción intermolecular (cadenas moleculares más largas), mayor será la viscosidad.

La viscosidad determina el espesor de la película y la resistencia de la película en las máquinas. También influye en otros factores importantes como los que se enuncian en la tabla 1.

Tabla 1. Los efectos de la viscosidad

Sin embargo, la viscosidad de un lubricante no tiene sentido a menos que se indique la temperatura, es decir, la temperatura a la que se mide la viscosidad. Por el contrario, a las máquinas no les importa la temperatura en lo que respecta a la viscosidad (en términos generales).

Los requisitos de viscosidad mínima, máxima y óptima exigidos por las máquinas no tienen en cuenta la temperatura. En cambio, el requisito de viscosidad de una máquina se basa en aspectos como el diseño de los componentes (por ejemplo, cojinetes), cargas y velocidades. Puede recordar que la conocida curva de Stribeck no tiene una variable de temperatura.

Dicho esto, debido a que las máquinas requieren una cierta viscosidad y se sabe que la temperatura tiene una influencia dramática en la viscosidad, es imperativo que tenga en cuenta la temperatura de funcionamiento promedio y el rango de temperatura al seleccionar la viscosidad.

Recuerde, el sistema de clasificación de viscosidad ISO solo informa la viscosidad a una sola temperatura: 40 ºC. Lo más importante es que, para cualquier aceite candidato, debe saber cómo cambia la viscosidad en relación con un cambio de temperatura.

El índice de viscosidad fue desarrollado para este propósito (ASTM D2270) por E. Dean y G. Davis en 1929. Es un número adimensional derivado empíricamente. Con base en la metodología, por un lado, se estableció como punto de referencia un petróleo crudo de Pennsylvania (parafínico), que representa la variabilidad de baja viscosidad en relación con la temperatura. En el otro extremo estaban los crudos del Golfo de Texas (nafténicos). Si un lubricante era similar al crudo de Pennsylvania, se le asignaba un IV de 100. Si era similar al crudo del Golfo de Texas, se le asignaba un IV de 0. A la mitad estaba un IV de 50 y así sucesivamente. Cuanto mayor sea el IV, más estable será la viscosidad en un rango de temperaturas (más deseable). Las temperaturas utilizadas para determinar el IV son de 40 ºC a 100 ºC.

Una búsqueda en Internet sobre «calculadora de índice de viscosidad» lo dirigirá a varias páginas web. Puede utilizar estas calculadoras de diversas formas. Por ejemplo, si conoce la viscosidad de un lubricante a dos temperaturas diferentes, puede usar la calculadora para obtener una estimación del IV. Mejor aún, puede ingresar una viscosidad (y temperatura) única conocida y el IV (que se encuentra comúnmente en la hoja de datos técnicos de un lubricante) para calcular la viscosidad del mismo lubricante a cualquier otra temperatura (por ejemplo, la temperatura de funcionamiento de una máquina).

Hoy en día se encuentran disponibles lubricantes con IV tan bajos como menos 60. Otros lubricantes pueden tener IVs en el rango de 400. Sin embargo, la gran mayoría de los lubricantes en el mercado tendrán IVs en el rango de 90 a 160.

Echemos un vistazo a dos aceites diferentes que comparten una propiedad común: ambos son ISO VG 150. Sin embargo, uno de estos aceites (Aceite A) tiene un IV de 95 (aceite mineral), mientras que el otro (Aceite B) tiene un IV de 150 (sintético). Ahora examinemos la viscosidad de estos aceites desde menos 20 ºC (menos 4 ºF) a 100 ºC (212 ºF). Esto se muestra en la tabla 2.

Como se mencionó anteriormente, la máquina dicta los requisitos de viscosidad en función de su diseño y condiciones de funcionamiento. Estas condiciones influyen en la temperatura, que a su vez influye en la viscosidad, lo que influye en la protección proporcionada.Comparando el aceite con IV 95 contra el aceite con IV 150, hay una diferencia de 236% en la viscosidad a menos 20 ºC y una diferencia de menos 25% a 100 ºC. Por supuesto, no hay diferencia a 40 ºC.

Muchas máquinas utilizan un lubricante común en numerosas zonas de fricción y tienen cargas, velocidades y temperaturas variables. Los equipos móviles para exteriores suelen funcionar en estas difíciles condiciones. Para tales máquinas, no existe una manera fácil de identificar la viscosidad óptima mediante un cálculo teórico.

En cambio, la viscosidad ideal se estima usando mediciones de campo reales aplicando un enfoque de prueba y error (simplemente probando con aceites de diferente viscosidad y midiendo la temperatura y la protección contra el desgaste).

Tabla 2. Comparación de dos aceites diferentes con el mismo grado de viscosidad

Para máquinas de carga constante, velocidad constante y temperatura ambiente constante, la viscosidad ideal a menudo resulta en la temperatura del aceite estabilizada más baja. Los aceites de viscosidades más bajas o altas (que la viscosidad óptima) típicamente aumentarán la temperatura del aceite debido a pérdidas por batido (demasiada viscosidad) o fricción mecánica (muy poca viscosidad).

Si las condiciones no son constantes (cargas variables, velocidades variables, temperaturas ambiente variables, etc.), entonces existe la necesidad no solo de la viscosidad óptima sino también de un índice de viscosidad alto para estabilizar la viscosidad óptima. Cuanto más variables sean las condiciones, mayor será la necesidad de aceites con alto índice de viscosidad.

Además, tenga en cuenta que para muchas máquinas no ha habido ningún esfuerzo experimental o teórico anterior para identificar la viscosidad óptima. La selección de la viscosidad es más una suposición sin sentido. Esto también requiere un lubricante con alto índice de viscosidad.

Figura 1. Cómo afecta la temperatura a la viscosidad de un lubricante

También debe considerar que el sistema de clasificación de viscosidad ISO 3448 se basa en incrementos del 50 por ciento entre grados. Como tal, si pasa de ISO VG 100 a VG 150, es un salto del 50 por ciento. Cuando las opciones de viscosidad están todas separadas al 50 por ciento, es difícil lograr una selección precisa del lubricante. Estos grandes pasos de viscosidad aumentan aún más a temperaturas más bajas. Esta es otra razón más para seleccionar lubricantes con alto índice de viscosidad.

¿Índice de viscosidad alto o bajo?

Un lubricante puede merecer tener un IV alto por una o más de las siguientes razones:

• No se conoce la viscosidad óptima
• Existen cargas y velocidades variables
• Existen temperaturas ambientales variables
• Para impulsar la eficiencia energética
• Para aumentar la vida útil del aceite (temperatura media más baja)
• Para aumentar la vida útil de la máquina (menos reparaciones y tiempo de inactividad)

Los lubricantes más baratos y de bajo índice de viscosidad pueden tener sentido si:

• Las velocidades y las cargas son constantes
• La temperatura es constante (temperatura ambiente constante o se está utilizando un intercambiador de calor)
• La viscosidad óptima a la temperatura de funcionamiento es conocida y se logra de manera constante

El IV de un aceite también puede brindarle información útil sobre la formulación de un lubricante, incluido el tipo y la calidad de los aceites base. Por ejemplo, los aceites minerales puros y altamente refinados tendrán IVs correspondientemente más altos. Ciertos aditivos, como mejoradores del índice de viscosidad y depresores del punto de fluidez, también influyen en el IV. Recuerde, los aceites cargados con mejoradores de IV, especialmente de ciertos tipos, son propensos a la pérdida permanente de IV y viscosidad con el tiempo. Existen pruebas ASTM para medir la estabilidad del IV de lubricantes expuestos a alto corte.

Los valores del índice de viscosidad se encuentran en casi todas las hojas de datos de productos para lubricantes disponibles comercialmente. Este simple número existe por una razón y debe tenerse muy en cuenta al escribir una especificación para lubricantes en casi todas las aplicaciones de maquinaria.