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10 Jul,2019

Technical Tip / TT#42

En el año 1929 se acuñó el término reología para definir el estudio de la deformación y flujo de los materiales. Sabemos sin embargo que la aplicación práctica del flujo de los materiales se remonta al menos a varios milenios atrás, por ejemplo en el siglo 16 a.C. con los relojes de agua utilizados por los egipcios.

La viscosidad es posiblemente la propiedad más importante de un aceite y su estudio se encuentra dentro de la mencionada reología. 

Definiremos viscosidad en una primera aproximación como la resistencia a fluir de un lubricante. De la viscosidad depende por ejemplo el espesor de película formado en un motor, a mayor viscosidad, mayor película de aceite. 

En lenguaje técnico actual, la viscosidad puede dividirse en dinámica y cinemática. La viscosidad dinámica es la relación que existe entre el esfuerzo de corte sobre el aceite y su variación de velocidad, típicamente se mide en centipoise (cP). La viscosidad cinemática es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del aceite, es decir indica la resistencia a fluir por gravedad del aceite sobre un capilar calibrado, la unidad usada es centistoke (cSt). 

Viscosidad y temperatura 

Es importante mencionar que la viscosidad depende fuertemente de la temperatura, un lubricante pierde viscosidad a medida que se calienta y se pone “pesado” o más viscoso a medida que se enfría. De forma análoga podemos pensar en un frasco de miel recién sacado de la heladera, donde la viscosidad es realmente alta y apenas fluye. Si ponemos el frasco en el microondas y luego volvemos a ver su “resistencia a fluir”, percibiremos que ha bajado notablemente y fluye con facilidad. 

En un mundo ideal buscaríamos un fluido que no cambie su viscosidad con la temperatura, de esa forma la lubricación sería óptima al margen de la temperatura de operación. Un motor funcionando con un aceite así arrancaría con facilidad en la Antártida y tendría suficiente película en las altas temperaturas del norte argentino. 

Existe un parámetro que mide la variación de viscosidad con la temperatura, denominado Índice de viscosidad (IV). Aceites de alta calidad como los sintéticos cuentan con altos índices de viscosidad, es decir que varían menos con la temperatura. Aceites de menor calidad, como los antiguos monogrados de motor, tienden a tener un bajo índice de viscosidad, con lo cual no pueden trabajar en amplios rangos térmicos. Volviendo al ejemplo de la miel, si tuviera un índice infinitamente alto, fluiría tan bien recién sacada de la heladera como recién sacada del microondas. 

Puede mejorarse el índice de un aceite mediante aditivos denominados muy originalmente como “mejoradores de índice de viscosidad”. Estos aditivos poliméricos son largas moléculas que tienden a expandirse con la temperatura evitando la caída de viscosidad, y contrayéndose en frío con mínimo efecto a bajas temperaturas. 

Viscosidades en aceites de motor 

Antiguos vehículos como el Ford A, indicaban por los años ’30 en su manual el uso de aceites “livianos” para climas fríos y “pesados” para climas cálidos. Este era el concepto de monogrado, y como es evidente era previo a la creación de las categorías de viscosidad SAE de motor. Actualmente la norma SAE J300 determina las viscosidades cinemáticas medidas a 100°C, que definen si un aceite es SAE 20, 30, 40, 50 o 60. Esta viscosidad simula la temperatura del aceite funcionando en un motor, por eso la alta temperatura. La viscosidad W, de winter o invierno, indica las propiedades en frío de con un ensayo que simula la bombeabilidad del aceite y otro ensayo que simula el arranque en frío de un cigüeñal. Los rangos de estos ensayos van de los -10°C hasta los -40°C, cuanto más baja la calificación W quiere decir que el aceite pasó los ensayos a menor temperatura y tiene mejor fluidez en frío (0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W). Vale mencionar que existe un ensayo adicional a 150°C y alto esfuerzo de corte (HTHS), que es importante para los nuevos objetivos de ahorro de combustible buscados a través de aceites de menor viscosidad. 

Lubricantes industriales no se rigen por las normas SAE, sino que utilizan normas ISO, que toman la viscosidad cinemática a 40°C. 

Alta o baja viscosidad 

Podemos preguntarnos si es conveniente usar altas o bajas viscosidades de motor. La primer respuesta es usar siempre la viscosidad recomendada por el fabricante del equipo y detallada en el manual de usuario, sin embargo, hablaremos de los efectos de usar viscosidades superiores o inferiores a las recomendadas. Altas viscosidades pueden tener un efecto positivo al crear un película de lubricante más espesa, estando dentro del rango hidrodinámico con mayor seguridad. Adicionalmente pueden reducir el consumo de aceite en motores con alto desgaste. En contrapartida y como hemos mencionado en otras ocasiones, muy altas viscosidades pueden generar fuerte resistencia en arranques en frío, refrigerar peor en temperaturas elevadas, y sólo eliminan el síntoma del consumo de aceite, sin recuperan un motor desgastado que requiere mantenimiento mecánico. Bajas viscosidades por su parte tienen la ventaja de dar un ahorro de combustible, que puede rondar el 1%, y ser más fluidos en los arranques en frío, especialmente en climas extremos (viscosidad W). La parte negativa de las viscosidades muy bajas es su fino espesor de película, que puede causar cierto desgaste prematuro, especialmente en motores antiguos que no están preparados para funcionar con bajas viscosidades.

Según lo mencionado, remarcamos la importancia de usar la viscosidad propuesta por el fabricante, quien ha realizado las pruebas correspondientes para la correcta selección del aceite. 

Bernardo Seguí 

Asesor Técnico – Shell Lubricantes

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