combustibles y lubricantes 12

COMBUSTIBLES, LUBRICANTES Y TRATAMIENTO DE AGUA

Mg. Emiliano Romero Torres [email protected]

Que describan cual es el flujo del aceite en el motor

Que comprendan y expliquen la importancia y diferencia existente entre el manejo de la presin y el caudal de aceite en el motor

Que conozcan los beneficios del anlisis de aceite y comprendan su importancia

OBJETIVOS

Lubricacin de un Motor Flujo del aceite en el motor

Presin o caudal

Anlisis de aceite

SUMARIO

REPASO Concepto de viscosidad

Es la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales generadas por el flujo.

La viscosidad slo se manifiesta en fluidos en movimiento

Superfluidos Viscosidad = 0

LUBRICACION DE UN MOTOR

FLIUJO DEL ACEITE EN EL MOTOR



Temperaturas

estimadas del aceite

en el motor

Pistn, cojinetes y

cigeal deben recibir

buen caudal de aceite

para recoger gran

cantidad de calor.

0) Filtro de Malla (Succion) 1) Crter 2) Bomba de Aceite 3) Vlvula de Alivio de la presin de aceite (by-pass) 4) Enfriador de Aceite 5) Vlvula de alivio del filtro 6) Filtro de Aceite 7) Manmetro de presin de aceite 8) Cigeal 9) Galera Principal de Aceite 10) Pistones 11) rbol de Levas 12) Toberas de lubricacin de levas taqus 13) Turbo Compresor 14) Eje de balancn 15) Conductos de Aceite (para14) 16) Compresor de Aire 17) Conducto de Aceite (Para 11) 18) Bomba de inyeccin



El aceite es succionado por la bomba a travs de un filtro de malla de alambre y por el tubo de succin. Luego, la bomba fuerza al lubricante a travs del enfriador de aceite y del filtro, para posteriormente distribuirlo a todo el motor por las galeras y conductos de alimentacin. As todas las partes mviles estn continuamente lubricadas. Generalmente se coloca el manmetro que mide la presin del sistema a la salida del filtro de aceite. Desde ese punto recibe la informacin el operador de la mquina.



Este es uno de los temas inevitables al hablar de lubricacin en mantenimiento de maquinaria. Es indudable que muchas de las personas que trabajan con distintos tipos de motores todava asocian el concepto de buena lubricacin con una alta presin de aceite reflejada en el manmetro de la unidad.


PRESION O CAUDAL

Es realmente perjudicial una baja presin para un motor Disel? Por qu no nos preocupamos por un exceso de presin?


PRESION O CAUDAL

En un motor se usaba un aceite SAE 40 y se cambia por un SAE 15W-40 Por supuesto que ante este cambio la persona encargada de controlarlo se vuelve ms celosa y detallista durante la operacin de la maquina. Nota una disminucin de la presin de aceite, y esto le infunde el temor de que haya desgaste del motor y una falla mecnica prematura. l piensa: ser el aceite nuevo? Vuelve a usar el SAE 40. La presin aumenta. Ahora se siente seguro con la alta presin medida, y sigue usando el aceite menos adecuado tcnicamente. Esto es correcto o incorrecto?


PRESION O CAUDAL

1) Una menor presin de aceite no es necesariamente un mal sntoma; y de hecho es muy beneficiosa para cualquier motor Disel que opere bajo condiciones normales. 2) La alta presin de aceite no es necesariamente un buen sntoma: es preocupante pues indica bloqueo de los conductos de lubricacin o bien el uso de un lubricante muy viscoso, que fluye con dificultad, y no llega en las cantidades adecuadas a los puntos crticos del motor, sobre todo tras el arranque en frio.


PRESION O CAUDAL

Como se origina la presin de aceite La presin es causada por la resistencia del aceite a fluir (viscosidad) bajo el efecto de empuje de la bomba. Por consiguiente, cuando se tienen venas de lubricacin amplias y un aceite de baja viscosidad, el flujo es ms rpido y la presin es menor, lo que es una condicin deseable para minimizar el desgaste. Por otro lado, bajo las mismas condiciones de bombeo, con venas de lubricacin estrechas (por diseo o por que estn bloqueadas), y un aceite de alta viscosidad, el flujo de aceite ser ms lento y la presin ms alta, lo que resulta en una lubricacin menos eficiente.


PRESION O CAUDAL

Por lo anterior, un buen aceite es aquel que tiene la viscosidad adecuada para proporcionar una adecuada lubricacin hidrodinmica entre las superficies que se encuentran en movimiento proveyendo alimentacin continua de un lubricante a todas las partes del motor. En un caso extremo, un aceite muy viscoso nunca lubricara adecuadamente las partes crticas del motor, y trae como consecuencia un desgaste excesivo, perdida de potencia y mayores costos de mantenimiento. El diseo de bomba ms comnmente usado es el de engranajes, que transporta la misma cantidad de aceite por cada vuelta que gira (por ello se la clasifica en la jerga tcnica como de desplazamiento positivo)


PRESION O CAUDAL

Es innegable la similitud del circuito de lubricacin con el sistema circulatorio sanguneo de nuestro mismo cuerpo (la bomba es el corazn, el filtro los riones, etc.) La pregunta que cabe hacerse entonces es: si para el cuerpo humano una alta presin representa un riesgo coronario, probabilidad de fallo cerebral, malestar general por qu deseamos para nuestro motor una alta presin? Ahora es tiempo de plantear que el criterio fundamental para una buena lubricacin en cualquier motor es Caudal de Aceite y NO Presin de Aceite.


PRESION O CAUDAL

Interpretacin de la presin de aceite Arranque en Fro Cuando un motor arranca, todo el aceite se encuentra en el crter y la presin es cero. La bomba no puede empezar a suministrar aceite o generar presin hasta que chupe el aceite fro del crter a travs del tubo de succin: la lubricacin en fro es favorecida si se tiene un tubo de succin corto y amplio; y un aceite con buenas propiedades de flujo en fro tal como un aceite multigrado. Cuando el aceite llega a la bomba, es forzado a pasar a travs del filtro y luego por todo el motor. Sin embargo debido a que el aceite est todava fro y las galeras de lubricacin son estrechas, la circulacin se hace lenta y por lo tanto la bomba desarrolla una alta presin.


PRESION O CAUDAL

El manmetro registra un dramtico incremento de la misma, se abre la vlvula de alivio (by-pass) de la bomba, con lo que se reduce el caudal efectivo para el circuito de aceite. Ni bien el aceite circulante se calienta, fluye ms rpidamente y la presin baja a un nivel estable. Recin en este punto el motor est correctamente lubricado. Hasta este momento, el desgaste es elevado, debido al poco caudal de aceite que llega a las partes del motor ms solicitadas. Bajo condiciones de arranque en fro, un buen aceite es aqul con el que se obtiene presin estable lo ms rpido posible; y el aceite multigrado precisamente nace para este fin. Los aceites semisintticos SAE 10W-40 y sintticos SAE 5W-40 mejoran an ms este funcionamiento, con lo cual protegen a los motores ms all de las expectativas de los fabricantes.


PRESION O CAUDAL

Debe tenerse en cuenta que arranque en fro no significa slo temperaturas bajo cero, el arranque a 20C tambin implica un desgaste acelerado (a esa temperatura un SAE 40 tiene unos 600 cSt de viscosidad, mientras que un multigrado SAE 15W-40 solo tiene 300 cSt, con lo que su velocidad de circulacin es del orden del doble que la del monogrado).


PRESION O CAUDAL Nota: Este estudio se realiz en un motor Diesel ligero, con una temperatura de aceite de 60 C

Se representa en ordenadas la presin manomtrica de distintos aceites, y en abscisas el caudal de aceite enviado por la bomba, en este caso en mililitros por minuto. A medida que elevamos las vueltas del motor desde ralent hasta 4000 rpm, se ve que la presin va en aumento para todos los aceites o sea el usuario ve un aumento en el indicador de la presin. Pero es totalmente distinto el comportamiento de un aceite SAE 40 vs. un aceite SAE 15W40. De hecho el usuario notar (segn el estado del motor) que al pasar a usar un aceite SAE 15W-40, una merma de presin: en el grfico se ve que a 4000 rpm hay una presin menor en unos 0,5 Kgr/cm2.

Lo importante es el caudal de aceite y no la presin! En el grfico se refleja que a 4000 rpm el SAE 15W-40 tiene a su favor un aumento de 23 % en el caudal!!! O sea hay ms aceite circulando por el motor ; y esto implica mayor proteccin frente al desgaste y un mejor enfriamiento de todas las partes del motor, en especial el interior de los pistones. Tambin queremos hablar aqu de los multigrados menos adecuados como los SAE 20W50, los cuales, como se ve en grfico, se comportan en forma similar a un aceite monogrado SAE 40: por ello en climas templados el SAE 15W-40 es el mineral recomendado por todos los fabricantes de motores.


PRESION O CAUDAL

Bajo condiciones normales de operacin, la presin de aceite debe ser estable y cualquier gran incremento o disminucin de presin debe ser investigado por posibles fallas mecnicas.


PRESION O CAUDAL

Causas Probables de Baja Presin en el circuito de Aceite Bajo nivel de Aceite. El aceite no llega hasta la bomba en el

momento del arranque, en tiempo muy fro.

Bomba lenta para suministrar suficiente aceite.

Bomba desgastada. Vlvula de by pass trabada en posicin

Abierta. Resorte de la Vlvula de by-pass flojo o

roto. Cojinetes desgastados. El aceite fluye a

travs de huelgos ms amplios. Contaminacin con combustible. Reduccin de la viscosidad del aceite. Elevacin del nivel de aceite en el crter. Crter sobrecalentado. (baja la viscosidad

del aceite).


PRESION O CAUDAL

Causas Probables de Alta Presin en el circuito de Aceite Arranque en fro por debajo de la temperatura

recomendada para ese grado SAE. La presin permanece muy alta luego del arranque en fro por bastante tiempo.

Vlvula de by-pass de la bomba trabada en posicin cerrada (por depsitos, etc), o mal ajustada en una reparacin.

Aceite muy viscoso debido al holln (efecto ms crtico en los motores modernos con inyeccin retardada / control electrnico).

Aceite muy viscoso debido a oxidacin/degradacin por recalentamiento.

Aceite de viscosidad demasiado alta de fabrica Filtro de aceite tapado. La vlvula de by-pass

permite el paso de aceite sin filtrar Depsitos en los conductos de lubricacin que

reducen el pasaje efectivo (Esto se produce p.ej. despus de cierto tiempo de uso con la vlvula de by-pass del filtro abierta).

Aceite demasiado fro durante todo el funcionamiento del motor.


PRESION O CAUDAL

1) La persona encargada del manejo del motor siempre est alerta frente a la baja presin, pero de hecho cualquier desviacin por muy baja o alta comparada con la normal debe ser investigada. 2) Alta presin significa que el trabajo de la bomba para enviar la misma cantidad de lubricante a las piezas crticas del motor es mayor. Indica adems una prdida de potencia mecnica, que debe minimizarse (se desperdicia energa empujando a un fluido con demasiada friccin interna). 3) Alta presin de aceite no indica buena lubricacin, de hecho es lo contrario.


PRESION O CAUDAL

4) Baja presin de aceite, dentro de los lmites establecidos por el fabricante, significa que el lubricante est circulando rpidamente por todo el motor: esta es una condicin ptima para reducir el desgaste y prolongar as la vida del motor. 5) Debe recordarse que la presin indicada por el manmetro no tiene relacin alguna con la presin mxima de la pelcula lubricante entre partes crticas (extrema presin). La presin del manmetro slo representa el esfuerzo que est realizando la bomba para hacer circular al lubricante, es decir, alimentar a cada parte del motor. Luego cada sistema debe estar diseado para formar su propia pelcula lubricante (que depende de cada temperatura local, velocidades relativas, juegos entre piezas, etc.).


PRESION O CAUDAL

Creo que cuando utilizamos las palabras anlisis de aceite, no tenemos en consideracin que la mayor parte de los datos del anlisis del aceite no es acerca del aceite. Si la medida del estado del aceite (es decir, el estado qumico o fsico del aceite) es todo lo que se espera del proceso, puede ser correcto. Sin embargo, comprender la condicin de la mquina y las condiciones del contaminante del Crter son tambin muy importantes. Un anlisis apropiado de las caractersticas del aceite permite establecer un perfil de las condiciones de funcionamiento del motor.


ANALISIS DE ACEITE

En la actualidad, el concepto de anlisis completo del aceite, se seala como la herramienta de mantenimiento preventivo y predictivo ms segura, menos cara y ms accesible. Este medio permite ahorrar dinero mediante la posibilidad de detectar una falla antes de que se vuelva crtica.


ANALISIS DE ACEITE

Disminucin de la viscosidad: Dilucin por combustible Reposiciones de aceite de menor

viscosidad. Aumento de la viscosidad: Alta concentracin de productos insolubles. Oxidacin del aceite. Reposiciones de aceite de mayor

viscosidad. Agua. Valores lmites medios: El valor de la viscosidad no debe ser> 25 %. El valor de la viscosidad no deber ser < 15

%. El cambio de viscosidad del aceite en

servicio suponga un cambio del grado SAE respecto al aceite nuevo.


ANALISIS DE ACEITE

Contenido de agua Su efecto sobre el aceite lubricante resulta muy perjudicial ya que se forman emulsiones, que junto con la suciedad forman depsitos que interfieren la lubricacin correcta. Tambin ocasiona herrumbre y corrosin en los circuitos de lubricacin de los motores y maquinas. Puede ser debida a: Condensacin del vapor cuando el motor o

maquina dejan de funcionar. Perdidas del fluido refrigerante del propio sistema

de refrigeracin. Valores lmites medios: No debe exceder del 0,2 % en Motores Diesel. Con valores del 0,5 % debe optarse por centrifugar

o cambiar el aceite. Si el agua es de procedencia salada, valores del 0,1

% son suficientes para optar a un cambio del aceite.

Es poco probable que por condensaciones puedan darse concentraciones superiores a 0,2 %


ANALISIS DE ACEITE

Punto de inflamacin El valor inicial esta relacionado con la viscosidad del aceite nuevo. El descenso del punto de inflamacin para el aceite en servicio indica presencia

de combustible en el mismo. El valor del punto de inflamacin del aceite nuevo para motores diesel esta

situado alrededor de los 230C. Disminucin del punto de inflamacin Dilacin por combustible Valores lmites medios: Un descenso del punto de inflamacin hasta los 200 C puede considerarse

aceptable. Descensos hasta los 180C son considerados como valor alerta y denota

presencia significativa de combustible (Gas-oil). Descensos hasta los 150 ac . denotan presencia notable de combustible y debe

optarse por un cambio inmediato del aceite. Descensos por debajo de los 150C pueden considerarse alarmante y puede

ocasionar explosin el crter.


ANALISIS DE ACEITE

Dilucin El nivel de dilucin esta relacionado con la cantidad

de combustible (Gas-oil) en el aceite en servicio. Diluciones superiores a un nivel determinado

pueden causar una marcada disminucin de la viscosidad del aceite que puede producir un excesivo desgaste de los cojinetes y una rpida avera en el motor.

Aumento del nivel de dilucin: Estado general del sistema de combustible del motor (Inyectores, Bombas, Juntas, retenes .. etc.) Valores lmites medios: Diluciones hasta un 1,5 % pueden considerarse

aceptables. Diluciones hasta un 3% indican que existe

considerable presencia de Gas-oil . Diluciones hasta un 5% indican notable presencia

de Gas-oil y debe optarse por un cambio inmediato del aceite.

Diluciones superiores al 5 % deben considerarse como alarmantes y se aconseja realizar una inspeccin detallada del sistema de combustible del motor


ANALISIS DE ACEITE

B.N. (numero de base) Indica la alcalinidad que posee un aceite de motor para neutralizar los productos cidos procedentes de la combustin y oxidacin del aceite. Se expresa en miligramos de KOH necesarios para neutralizar todos los componentes cidos que se encuentran en un gramo de aceite. Disminucin del BN Contenido en Azufre del combustible. Oxidacin del aceite, Temp. del motor y tipo de operacin. Presencia de compuestos derivados de la combustin. Degradacin aditivos detergentes por contaminacin con agua. Valores lmites medios: El nmero de base de un aceite de motor va disminuyendo, con respecto a su

valor original, a medida que va prolongando su tiempo en servicio. Nunca se debe dejar agotar el BN en un aceite ya que originaria la aparicin de productos fuertemente corrosivos y depsitos perjudiciales para el motor.

Como norma podemos establecer el cambio del aceite cuando el valor del BN alcanza el 50 % del BN original del aceite.


ANALISIS DE ACEITE

Insolubles totales La formacin de depsitos en el motor es el resultado natural de someter a un aceite lubricante a las condiciones de operacin del motor. Los depsitos del motor son material insoluble en el aceite que puede aumentar hasta tal punto que no pueda mantenerse en suspensin en el aceite. La mayor parte de los depsitos son el resultado de la polimerizacin del combustible no quemado y la oxidacin del aceite por temperaturas elevadas. Los depsitos tambin pueden contener el producto de combustiones incompletas (holln, carbonilla .. etc.), el polvo que lleva el aire, agua, oxido y metales de desgaste del motor. Es esencial eliminar la formacin de depsitos en el motor a travs de elementos fundamentales (Filtros, Depuradoras .. etc.) y procurar mantener dichos depsitos en un tamao lo mas pequeo posible que les permita estar suspendidos en el aceite sin producir daos. Valores lmites medios: Contenidos de Insolubles totales en valores del 1-1,5 % son considerados significativos. Valores comprendidos entre 1,5-2,5 % son elevados y debera cambiarse el aceite. Valores superiores al 3 % son excesivos y seria necesaria una inspeccin del estado del motor (Puesta a punto, Revisin Inyectores, Aire de Barrido .. etc.)


ANALISIS DE ACEITE

Metales de desgaste/ Partculas metlicas En todo motor, aunque este bien rodado y con un buen mantenimiento se produce desgaste. Sin embargo las concentraciones en partculas metlicas varan de un motor a otro, e incluso entre motores idnticos de la misma marca. El anlisis espectogrfico del aceite del motor usado es una herramienta muy til para medir la cantidad de los contaminantes de metales de desgaste del aceite. Este mtodo comenz a utilizarse hace muchos aos (1950/55) en los motores diesel para ferrocarriles para determinar la condicin de desgaste. Los metales se encuentran en el aceite debido al desgaste de algunas piezas del motor (Aluminio, Plomo, Cromo, Nquel, Cobre, Estao, Hierro). El Silicio puede ingresar en el aceite debido a la entrada de suciedad al motor (Polvo, arena, etc.,). Si se producen fugas del lquido refrigerante del motor en el aceite puede encontrarse Boro, Sodio y tal vez Potasio. Tambin pueden encontrarse en el aceite usado un grupo de metales provenientes de los aditivos, del aceite nuevo. Estos metales suelen ser Calcio, Magnesia, Zinc y Fsforo.


ANALISIS DE ACEITE

Hierro Usualmente un aumento brusco del contenido en Fe en un aceite usado es causado por el excesivo desgaste de las Camisas (Cilindros). Tambin puede estar relacionado con la corrosin (Oxidacin de piezas del Motor) debido a periodos prolongados de parada del motor y no poseer un aceite protector. Cromo El Cromo puede provenir de los Aros del 'Pistn (Aros cromados), Levas y empujadores de vlvulas y algunas camisas que lleven aleaciones con este metal. Cobre La presencia de niveles altos de cobre puede estar indicando el desgaste de los Cojinetes de aleacin Cobre-Plomo. Tambin puede proceder de diferentes piezas del motor que incorporan este metal en sus aleaciones (Casquillos de pie de Biela, Cojinetes de empuje del Cigeal, etc.). Puede proceder del ncleo del enfriador de Aceite. Plomo La presencia de Plomo puede indicar desgastes en los Cojinetes del motor. Con frecuencia el plomo se utiliza en las aleaciones de los Cojinetes principales y de Biela del Motor. Podra proceder, en los motores a Gasolina, del propio combustible que incorpora aditivos con plomo.


ANALISIS DE ACEITE

Aluminio La presencia de Aluminio procede del desgaste de los propios pistones del Motor. Tambin puede proceder de los Cojinetes de empuje del Cigeal y Cojinetes intermedios de Levas. Estao La presencia elevada de estao puede proceder de los Cojinetes de biela y Cojinetes principales del Cigeal. Silicio La presencia de Silicio indica la entrada de suciedad. Esta puede ser debida a que el sistema de toma de aire es defectuosos (Filtros de aire). Tambin la suciedad puede entrar al motor a travs de la tapa de llenado y las cubiertas de respiradero del motor. Tambin puede provenir del desgaste de los pistones de aleacin de aluminio que tienen un alto contenido de silicio. Determinados aceites de motor llevan incorporado cierta cantidad de Silicio en el aceite nuevo como aditivo antiespumante. Debe tenerse esto en cuenta para poder evaluar en la mejor forma posible el resultado en estos aceites. El Silicio tambin esta presente en los combustibles de los motores, sobre todo en los residuales (IFO). La combinacin de lecturas de metales de desgaste elementales indica el punto de entrada de suciedad, sealando cual es el componente del motor que evidencia un desgaste anormal. Por ejemplo, una combinacin de contenidos elevados de Silicio, Hierro y Cromo indica la entrada de suciedad a travs del sistema de aire, lo que puede causar el desgaste de las camisas y los aros del pistn. Un contenido en Silicio de 100 ppm. o superior puede indicar un desgaste abrasivo severo-de piezas mviles del motor. Si esta condicin se produce debe cambiarse inmediatamente la carga de aceite y el filtro de aire.


ANALISIS DE ACEITE

Sodio Los niveles elevados de Sodio obedecen a fugas del lquido refrigerante de los Motores. Existe Sodio presente en los inhibidores de corrosin de los refrigerantes. El metaborato de sodio es un inhibidor de corrosin comn. Tambin el Sodio esta presente en los combustibles residuales (IFO) utilizados en los grandes motores diesel marinos y estacionarios. Metales de aditivacin Debe tenerse en cuenta en la interpretacin de resultados de anlisis de aceites usados en Motores Diesel los metales presentes en el aceite como aditivos mejoradores de las caractersticas de los aceites. Estos metales corresponden a: --Calcio --Magnesio --Fsforo --Zinc Las cantidades existentes en los aceites varan de acuerdo a su composicin y aplicaciones. Debe tenerse en cuenta su valor original para compararlo con los resultados obtenidos en el aceite usado.


ANALISIS DE ACEITE

Un cierto valor mnimo de consumo es necesario en todos los motores. El aceite ingresa a la cmara de combustin despus de lubricar aros de pistn y se quema. Una minora de los problemas de consumo es debido a las caractersticas del aceite, como puede ser grado SAE de viscosidad demasiado bajo, alta volatilidad o el aceite contaminado. Los mayores problemas estn relacionados con el desgaste del motor.


CONSUMO DE ACEITE

Causas del consumo excesivo de aceite Nivel demasiado alto de aceite en el crter: En esas condiciones se producir ms batido de lo normal en el crter, por lo que se lanzar demasiado aceite hacia las camisas de cilindros. Los pistones y los aros rasca-aceite, que estn diseados para controlar una cantidad normal de aceite, quedan superados al punto que algo de aceite escapa del laberinto de aros de pistn y pasa a la cmara de combustin, donde se quema. Prdidas por: tuberas de aceite, tapn del crter, junta del crter, junta de la tapa de vlvulas o culata, juntas de bombas de aceite o combustible, junta de tapa de distribucin, retn de cojinetes del rbol de levas, retenes de cigeal etc.


CONSUMO DE ACEITE

Causas del consumo excesivo de aceite Admisin de aire Restringida: Un filtro de aire muy tapado aumentar el vaco y podr aumentar el consumo de aceite (en forma similar al caso de las vlvulas de admisin mal sincronizadas). Dilucin por combustible: Si el combustible no quemado ingresa al sistema de lubricacin, el aceite perder viscosidad y se tornar ms voltil. Ambos efectos conducen a un aumento del consumo de aceite. El exceso de combustible se da por un inyector con fugas, un problema en la bomba de combustible, excesivo ralent (marcha en vaco) o el sistema de admisin de aire restringido.


CONSUMO DE ACEITE

Qu componentes del motor son lubricados por aceite?

Qu puede indicar una alta presin de aceite en el motor?

Cules son las causas posibles de baja presin de aceite?

Qu indica el aumento del nivel de aceite en un motor?

Por qu es importante analizar el aceite del motor?

Con qu frecuencia debe analizarse?

EVALUACION

GRACIAS POR SU ATENCION

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