ACEITES MULTIGRADO

Denominación dada a los aceites lubricantes para motores de combustión interna cuando su viscosidad, si se mide a 0 °F (-18 °C), se halla comprendida dentro de una de las graduaciones SAE para invierno (5W, 10W, 20W) y, si se mide a 210 °F (99 °C), posee una de las graduaciones SAE para verano (20, 30, 40, 50.

Los multigrados se clasifican mediante las siglas de las graduaciones SAE entre las cuales se halla comprendida su viscosidad a las temperaturas de 0 y 210 °F; por ejemplo, son multigrados los SAE 20W-40, 20W-5Ó, 10W-50, etc.

Cabe advertir que, al hablar de aceites minerales tradicionales, la posibilidad de que éstos posean dos clasificaciones SAE distintas, como por ejemplo la 20W y la 50, tan sólo puede obtenerse empleando aditivos adecuados que posean la característica de hacer menos sensible el aceite a las variaciones de temperatura (es decir, que no aumentan el índice de viscosidad). Dichos aditivos se denominan polímeros mejoradores del índice de viscosidad. Cuanto más grande sea la gama SAE que cubra el aceite, mayor será la cantidad de aditivo que deberá emplearse (por ejemplo, en un SAE 10W-50 puede alcanzarse hasta un 20 % de aditivo) y, debido a que dicho tipo de aditivo puede perder eficacia por efecto de la temperatura o de acciones mecánicas (rotura de las largas moléculas del mismo), es preciso, por un lado, limitar al mínimo el porcentaje de dichos aditivos y, por otro, elegirlos según sus características de estabilidad térmica y química. Una despolimerización rápida, es decir, una rotura de las cadenas moleculares del aditivo, provoca una mayor sensibilidad del aceite frente a las variaciones de temperatura (por ejemplo, un SAE 10W-50 tenderá a comportarse como un SAE 10W-30 a medida que el aditivo vaya perdiendo sus características). Por ello, se pierde la cualidad principal de un aceite multigrado, es decir, la de poseer «la viscosidad precisa a cualquier temperatura de funcionamiento del motor», y el aceite tenderá cada vez más a comportarse cpmo un monogrado de baja viscosidad (en este caso tenderá a comportarse como un SAE 10W). Ello se debe a que los multigrados se obtienen empleando un aceite básico fluido (por ejemplo, SAE 10W) al que se añade el aditivo mejorador del índice de viscosidad, por lo cual, cuando el aditivo pierde su eficacia, lo que queda son las características de viscosidad del aceite básico empleado.

Las ventajas que derivan del empleo de un multigrado, como un SAE 10W-50, son: facilitar el arranque en frío (en efecto, a temperaturas bajas, el aceite es tan fluido como un SAE 10W) y seguridad de poseer la viscosidad precisa durante recorridos largos por autopista (el aceite a temperaturas altas se comporta como un SAE 50 por efecto del aditivo). Como consecuencia directa de estas características no es necesario efectuar cambios del aceite según las estaciones,

ya que los multigrados han demostrado ser adecuados para la lubricación de los motores en todas las estaciones.

Finalmente, cabe decir que definir un aceite multigrado significa dar únicamente información acerca de la viscosidad del mismo en función de la temperatura, mientras que no se indica nada acerca de las propiedades dis-persoras, detergentes y demás, que sólo podrán determinarse basándose, por ejemplo, en las especificaciones que el aceite debe satisfacer.

Clasificación De Aceites Lubricantes

Antes que todo, sepamos un poco cual es la función del aceite. No solamente lubrica, sino que tiene que mantener limpio el motor y también refrigerarlo, ya que en su interior las temperaturas varían según el lugar y su desempeño. Por ejemplo en la cabeza del pistón la temperatura es elevadísima en el momento de la combustión, llegando casi a los 1200 grados centígrados. Por todo esto y demás es que el aceite debe ser el indicado si queremos tener nuestro automóvil en condiciones y sin sobresaltos.

Debido a la gran cantidad de lubricantes que se fabrican actualmente, se han desarrollado clasificaciones o normas que delimitan el uso y la aplicación de los mismos. Estas normas se van actualizando constantemente para adaptarlas a las continuas innovaciones tecnológicas que se han incorporado a los motores.

En su elaboración colaboran todas las partes interesadas como son:

Los constructores de vehículos.

Los fabricantes de lubricantes.

Otros organismos civiles y usuarios.

Las clasificaciones de los lubricantes se realizan atendiendo a dos aspectos fundamentales:

Clasificación por su Viscosidad. Los aceites para motor se clasifican en diferentes grados de viscosidad que definen su utilización según la temperatura a la que se encuentra el motor. La clasificación mas importante es la SAE.

Clasificación por las condiciones de servicio. Los aceites se clasifican por las diferentes condiciones de servicio que tienen que soportar en el motor según el tipo o las características técnicas del mismo. El aceite se somete a estas condiciones en laboratorio o realizando pruebas sobre los motores en banco. Las clasificaciones más importantes son: API, ACEA, Militares, Fabricantes de Vehículos.

Todos los envases de los aceites lubricantes para motor que se venden en el mercado indican, como mínimo, dos de las clasificaciones indicadas anteriormente: SAE y API aunque en la mayoría de los casos incluyen también las demás

Clasificación SAE.

La clasificación SAE fue creada por la Society of Automotive Engineers (Sociedad Norteamericana de Ingenieros del Automóvil).

Esta clasificación toma como referencia la viscosidad del aceite lubricante en función de la temperatura a la que está sometido durante el funcionamiento del motor, por lo que no clasifica los aceites por su calidad, por el contenido de aditivos, el funcionamiento o aplicación para condiciones de servicio especializado o el tipo de motor al que va destinado el lubricante: de explosión o Diesel.

Establece una escala numérica de aceites de motor de 10 grados SAE, que comienza en el grado SAE 0, indicativo de la mínima viscosidad de los aceites o de su máxima fluidez. Conforme el número del grado va aumentando, la viscosidad se va haciendo mayor y el aceite es más espeso.

Esta escala está dividida en dos grupos:

En el primer grupo la viscosidad se mide a una temperatura de - 18º C, lo que da una idea de su viscosidad en condiciones de arranque en frío y está dividido en los seis grados SAE siguientes: SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W, SAE 15W, SAE 20W, y SAE 25W. La letra W es distintiva de los aceites que se utilizan en invierno y proviene del inglés (Winter).

Estos grados indican la temperatura mínima de utilización del aceite conservando su viscosidad para circular bien por las tuberías y llegar a los lugares de engrase con rapidez y a la presión adecuada, facilitando el arranque en frío. Por ejemplo: un aceite clasificado SAE 10W, permite un arranque rápido en frío del motor hasta temperaturas mínimas de -20º C. El aceite SAE 15W nos garantiza el arranque rápido del motor en frío hasta temperatura mínimas de -15º C.

En el segundo grupo la viscosidad se mide a una temperatura de 100º C, lo que da idea de la fluidez del aceite cuando el motor se encuentra funcionando en caliente. En este grupo se establecen cuatro grados SAE como son: SAE 20, SAE 30, SAE 40 y SAE 50.

Los motores modernos son cada vez más rápidos y están construidos con menor tolerancia de montaje entre las piezas, lo que requiere la utilización de aceites de bajo grado SAE, con la fluidez suficiente para circular libremente y que formen

películas de espesor más fino manteniendo el grado de lubricación. Debido a esto, los fabricantes cada vez recomiendan aceites multigrado de baja viscosidad como son los aceites SAE 5W-30 y SAE 10W-40

GRADOS DE VISCOSIDAD

Grados de Viscosidad ISOEsto indica la necesidad de una designación de viscosidad universalmente aceptada -  una que pueda ser empleada por los profesionales de la lubricación, proveedores de lubricante e ingenieros diseñadores de la maquinaria simultáneamente con mínima confusión.

En 1975, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, por sus siglas en inglés), al unísono con la Sociedad Americana para Pruebas de Materiales (ASTM), la Sociedad de Tricólogos e Ingenieros de Lubricación (STLE), el Instituto de Estándares Británicos (BSI) y el Instituto Alemán para la Normatividad (DIN)  resolvieron establecer una propuesta que ayude a minimizar la confusión. Esta propuesta se conoce como Grado de Viscosidad de la Organización Internacional de Estandarización, abreviado como ISO VG.

No precisa tener mucho tiempo en este campo para escuchar a alguien decir que la viscosidad es la propiedad física más importante de un fluido al determinar los requerimientos de lubricación. Así que, ¿qué es la viscosidad? 

La viscosidad es la medida de la resistencia de un aceite a fluir (esfuerzo de corte) bajo ciertas condiciones. Para simplificar, la viscosidad del aceite representa la medida por la cual el aceite tiende a permanecer en su sitio cuando es empujado (cortado) al mover los componentes mecánicos 

Existen dos puntos de vista de la resistencia a fluir en los cuales están interesados los diseñadores de maquinaria. Uno es la medida de cómo  se comporta un fluido ante la presión, como es el caso de una línea hidráulica presurizada. Esta propiedad es llamada viscosidad absoluta (también conocida como viscosidad dinámica) y se mide en centipoises (cP9. La otra consideración es cómo se comporta el fluido ante las fuerzas de la gravedad. Estos son llamados centistokes, de los cuales ya hablamos. Los dos están relacionados con la densidad relativa del fluido. Para determinar el centipoise de un fluido es necesario multiplicar la viscosidad del fluido por la densidad relativa del fluido, o medirla directamente empleando un viscosímetro. Para los profesionales de la lubricación industrial, el centistoke es la medida que ocupará mayormente nuestra atención.

Por otra parte, al medir la viscosidad en aceites usados, probablemente la peor manera sería hacerlo en unidades absolutas. La medición en centistokes puede distorsionarse debido a que la densidad relativa cambia con la edad, generalmente incrementándola. Es posible que usted exceda los límites de viscosidad absoluta

para una máquina, aún cuando la viscosidad cinemática le indique que está bien. 

Así que, la viscosidad es la medida de la resistencia de un flujo a fluir.El agua tiene una baja viscosidad de 1cSt y la miel tiene una alta viscosidad, digamos 1,000 cSt. Si una máquina tiene una carga elevada entonces el diseñador de la máquina utilizará un lubricante que se resista a ser desplazado, que podría ser tan pesado como la miel. Si la máquina opera con alta velocidad, el diseñador de la máquina especificará un lubricante que pueda hacerse a un lado, y regresar inmediatamente. Generalmente, las máquinas tendrán uno u otro; algunas veces los dos al mismo tiempo. 

Las viscosidades se definen o asignan utilizando un dispositivo de laboratorio llamado viscosímetro. Para los aceites lubricantes, los viscosímetros tienden a operar más bien por gravedad que por presión. Piense en un viscosímetro cinemático como un largo tubo de vidrio que retiene un cierto volumen de aceite. La medición de la viscosidad del fluido es la cantidad de tiempo que tarda en fluir un volumen determinado de fluido a través del tubo bajo condiciones muy específicas. Dado que las condiciones son repetibles, ahora es posible medir la cantidad de tiempo que le toma al fluido para fluir a través del tubo, y esta debe ser casi igual cada vez. Esto es similar a la cantidad de tiempo que le toma a un volumen específico de fluido a una temperatura especificada para pasar a través de un embudo. Conforme el fluido se vuelve más espeso – en función del incremento de su resistencia a fluir – entonces le toma progresivamente más tiempo para fluir a través del tubo (embudo). El agua pasa en un segundo. La misma cantidad de miel tardaría 1000 segundos (hipotéticamente).

Sabemos que si incrementamos y disminuimos la temperatura de un fluido, con frecuencia existe un cambio correlacionado de su resistencia a fluir. El fluido se vuelve más espeso a bajas temperaturas y se adelgaza a altas temperaturas. 

Dadas todas esas variables y detalles, varias organizaciones decidieron encontrar una forma de identificar los aceites lubricantes de tal manera que los miembros de dichas organizaciones tuvieran una manera simple y uniforme para comunicarla, educar y finalmente proteger sus intereses. 

El propósito del sistema ISO de clasificación de grados de viscosidad es establecer un método para medir la viscosidad para que los proveedores de lubricantes, diseñadores de equipo y los usuarios tengan una base común (estandarizada) para la designación o selección de lubricantes industriales líquidos. 

Se analizaron a conciencia diferentes planteamientos antes de que el Comité Técnico de ISO (TC23) concluyera una propuesta lógica y fácil de usar. Hubo que tener en mente algunos importantes criterios desde el inicio, tales como:

Referenciar los lubricantes a temperatura nominal para sistemas industriales

Emplear un patrón se ajuste a incertidumbre impuesta por las tolerancias dimensionales de manufactura

Utilizar un patrón que tenga sensibilidad o repetitividad hacia arriba y abajo de la escala

Usar un patrón que emplee un reducido número de grados de viscosidad, fácilmente manejable.

La temperatura de referencia para la clasificación debería ser razonablemente cercana al promedio de la experiencia de uso industrial. También debería relacionarse estrechamente a otras temperaturas seleccionadas empleadas para definir propiedades tales como el Índice de Viscosidad (IV), el cual puede ayudar a definir un lubricante. Un estudio de las temperaturas  posibles indicó que 40°C (104°F) era apropiada para las clasificaciones de lubricantes industriales, así como para la definición de las propiedades de los lubricantes. La clasificación de viscosidad ISO consecuentemente está basada en la viscosidad cinemática a 40°C (104°F).

Para que la clasificación pudiera utilizarse en los cálculos de diseño de ingeniería en los que la viscosidad cinemática era sólo uno de los parámetros, fue necesario que el rango de los grados de viscosidad (rango de tolerancia) no excediera de 10 por ciento por arriba y abajo del valor nominal. Esto representaría un grado de incertidumbre en los cálculos, similar al impuesto por las tolerancias dimensionales de manufactura. Esta limitación, a la par con el requerimiento de que el número de grados de viscosidad no fuera muy extenso, condujo a la adopción de un sistema con separaciones entre los grados de viscosidad. 

Tabla 1 - Clasificación de Viscosidad ISOLa clasificación está basada en el principio de que el punto medio (nominal) de la viscosidad cinemática de cada grado de viscosidad debe ser aproximadamente 50 por ciento más grande que el predecesor. La división de cada década en seis medidas logarítmicas iguales que provee un sistema tal que permite un progresión uniforme de década a década. La serie logarítmica se ha redondeado por razones de simplicidad. Aun así, la máxima desviación para el punto medio de viscosidad de la serie logarítmica es de 2.2 por ciento. 

La Tabla 2   reúne los métodos de medición de viscosidad más populares en una sola tabla. Si los profesionales se identifican más con una medida en particular pero quieren ver el rango de viscosidad correspondiente en otra medida, todo lo que tienen que hacer es trazar una línea recta desde la viscosidad de su elección y ver su correlación con los otros tipos de medidas.

Tabla 2 - Clasificación comparativa de viscosidad

Si bien es cierto que algunos grados de viscosidad quedarán fuera en tanto que las compañías adoptan la designación ISO, no es necesario que los usuarios de esos productos dejen de utilizarlos.

Además, no existe intención de ofrecer una definición de calidad de los lubricantes en esta escala. El hecho de que un producto tenga asociado un número ISO VG no tiene nada que ver con sus características de desempeño.

La designación ISO ha estado en proceso de desarrollo desde 1975. El comunicado más reciente se publicó en 1992 (ISO 3448), con una adición en 1993, y contiene 20 gradientes. Esta cubre casi cada tipo de aplicación que los profesionales de la lubricación esperarían encontrar. La comunidad de fabricantes de lubricantes ha aceptado los gradientes recomendados por ISO y ha dedicado apreciable esfuerzo para incluir en esta propuesta sus productos nuevos y viejos.

Es poco probable que todos los que aprendimos sobre los lubricantes de parte de nuestros mentores bajo el toldo de un auto abandonemos el sistema de gradientes SAE. No tenemos que hacerlo. Al menos para los aceites automotrices, esperamos continuar viendo el uso de los valores 10- 20- 30- 40- 50. Es probable, sin embargo, que en el mundo de la lubricación

VISCOSIDAD

La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.Si la viscosidad es demasiado baja el film lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal.Si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido.Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frio.La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema métrico CENTISTOKES (CST).Como medida de la fricción interna actúa como resistencia contra la modificación de la posición de las moléculas al actuar sobre ellas una tensión de cizallamiento.La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t ) por el gradiente de velocidad (D).m =t / DCon flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes). Tiene que ver con el efecto sellante del aceite. Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente.

el agua.

Intervalos de viscosidad permisibles para las clasificaciones de lubricantes de las SAE

Intervalo de Viscosidades (centistokes)a

A 0o F A 210o F

Tipo de lubricante  

Número de viscosidadSAE

Mínimo 

Máximo 

Mínimo 

Máximo 

Carter del cigüeñal

5W10W20W20304050

 13002600   

1300260010500   

3.93.93.95.79.612.916.8

   9.612.916.822.7

Trasmisión y eje

758090140 250

 15000  

15000100000  

  75120200

  120200

Fluído de transmisión automática

Tipo A 39b 43b 7 8.5

INDICES DE VISCOSIDAD

Muchos asumen que dos aceites con el mismo grado de viscosidad ISO o SAE tendrán la misma viscosidad y comportamiento en todas las temperaturas operacionales. Las viscosidades ISO o SAE están establecidas a una temperatura estándar y es necesario calcular la viscosidad a las temperaturas operacionales para determinar la funcionalidad de ese aceite. La variación de viscosidad depende del ÍNDICE DE VISCOSIDAD que tiene cada aceite.

La numeración ISO de un aceite es su grado de viscosidad a 40ºC. Quiere decir por ejemplo que un aceite ISO 68 es un aceite cuya viscosidad a 40ºC es 68 cSt (±10%).

La numeración SAE de un aceite es su grado de viscosidad a 100ºC. Por ejemplo todos los aceites SAE 40 deben tener entre 12.5 cSt y 16.3 cSt a 100ºC.

Estamos proveyendo a una empresa un aceite con viscosidad 16,000 cSt (las tablas ISO no van hasta esta viscosidad, si hubiera, sería un ISO 16,000. Este producto tiene un óptimo comportamiento, un buen rendimiento y un alto control del desgaste, pero resulta que en las mañanas tenían problemas de bombeo, lo cual les llevó a la decisión de probar un aceite con la viscosidad 8,000. Tal vez tengan un mayor consumo y mayor desgaste, pero eliminarán el problema de bombeo.

Estudiando dos aceites alternativos, ambos con la viscosidad 8,000 a 40ºC, decidieron ver también el índice de viscosidad. Las fichas técnicas de ambos aceites usan las palabras “Alto Índice de Viscosidad” Una de las fichas estaba completa con la viscosidad a 40ºC, 100ºC, y el índice de viscosidad. Para el otro aceite fue necesario ver un reporte de un laboratorio externo para saber la viscosidad a 100ºC y el índice de viscosidad.

Aceite “A”, fabricado por AMERICAN PETROLEUM tenia un índice de viscosidad de 193.Aceite “B” fabricado por una empresa brasileña tenia un índice de viscosidad de 85.¿Cuál es el impacto de estos dos números?

Podemos ver en el gráfico 1 arriba que el aceite “B” tiene más que el doble de viscosidad a 20ºC (cuando lo queremos bombear) y 40% menos viscosidad a 60ºC (temperatura operacional) que el aceite “A”

Esto tiene mucho que ver en el bombeo y también en la operación con la carga que se puede aplicar.

Esto también es importante en compresores de frío. Aquí comparamos dos tipos de aceite para compresores de amoniaco utilizado en cervecerías, embotelladoras, plantas de pollo y carne y otras plantas.

El aceite American es un API grupo II sintetizado con 99% de sus moléculas saturadas y un índice de viscosidad de 103. El otro aceite es nafténico con un indice de viscosidad de 45.

Cuando comparamos los dos aceites en una viscosidad ISO 68 encontramos que cuando opera en el sector frío del sistema el ISO 68 nafténico tiene una viscosidad de 22,000 cSt contra 8,000 cSt del aceite American grupo II sintetizado a la misma temperatura.

LEY DE SUTHERLAND

William Sutherland era un físico australiano que estudió el comportamiento de la viscosidad dinámica frente a la temperatura en gases ideales. Su formulación partió del concepto de la teoría cinética de los gases ideales y suponiendo un potencial intermolecular idealizado. Con todo esto, desarrolló una ley de viscosidad para gases perfectos. La ley de Sutherland plantea que:

u = viscosidad dinámica del gas en Pa.s

Uo = viscosidad de referencia en la temperatura de referencia T_0

T = temperatura del gas en Kelvin

To = temperatura de referencia en Kelvin

Cs = constante de Sutherland en Kelvin

Para el aire la constante de Sutherland es calculada como 120 K.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDER

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

MECANICA DE FLUIDOS

ADRIAN ALFONSO OMAÑA BOHORQUEZ

CODIGO 1120340

ORLANDO GUTIERREZ

INGENIERO

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

FACULTAD DE INGENIERIAS

UFPS