¿Qué es la Viscosidad?
Viscosidad: Es la resistencia de un líquido a fluir.
Medida de la viscosidad: La medida de esa resistencia a fluir, es el Poise, (sistema CGM) que es definido como la fuerza (medida en dynes) necesaria para mover un centímetro cuadrado sobre una superficie paralela a la primera a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una película lubricante de 1 cm de espesor . En la práctica, es medida por tubos capilares.
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales y se debe a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.
La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento. Se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega 𝜇 .
La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que el resultado es reportado.
La importancia de la viscosidad correcta
La viscosidad es la característica más importante de la lubricación de cualquier máquina.
- Si la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es mayor por falta de colchón hidrodinámica.
- Si la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de energía es mayor, el desgaste puede ser mayor por falta de circulación y el aceite se calentará por fricción.
Un aceite delgado es menos resistente a fluir. Por eso su viscosidad es baja. Un aceite grueso es más resistente a fluir y por eso tiene una viscosidad más alta. Las viscosidades de los aceites normalmente son medidas y especificadas en centistoke (cSt) a 40°C o 100°C. Frecuentemente se habla de esta viscosidad como viscosidad dinámica o viscosidad cinemática. Esto es la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite. En la práctica es determinada midiendo el tiempo necesario para que pase una cantidad específica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 40°C y/o 100°C. Por esta misma definición podemos ver que el aceite más viscoso ofrece más resistencia y consume más energía para moverse y permitir el movimiento de las piezas del motor, reductor, transmisión, sistema hidráulico o cualquier otro sistema que tenemos. Al mismo tiempo, podemos entender que entre más tarda a pasar por este tubo de prueba, más tardara en llegar a las piezas importantes del motor, o actuará un componente hidráulico.
Normalmente se habla de viscosidad ISO para aceites industriales y viscosidad SAE para aceites automotriz. Los términos de viscosidad ISO y SAE no implican ninguna combinación de aditivos ni propósito específico. Solamente refieren a la viscosidad. A veces se utiliza las medidas de viscosidad SUS (SSU), Redwood, Engler, e otros. Estos sistemas de medición de viscosidad pueden ser convertidos al cSt por formulas matemáticas. Clic aquí para un convertidor o aquí para ver una tabla de referencia.
Cuando se usa el término “Viscosidad ISO”, se refiere a la viscosidad del aceite en cSt a 40°C (ISO 46 = 46 cSt a 40°C, ISO 150 = 150 cSt a 40°C, etc.). El término “VG” simplemente refiere al Viscosity Grade (Grado de Viscosidad) (VG 46, VG 68, etc.) bajo la norma DIN 51519 (clic aquí para la tabla). Este término tampoco tiene que ver con la calidad o su propósito y en general es redundante porque un aceite ISO VG 46 es lo mismo que ISO 46. El término viene de la época antes de la estandardización por la ISO, cuando se fabricaba VG 29, VG 32, VG 37, etc. Además de la estandardización de rangos de viscosidad por la ISO se determinó que en la mayoría de los casos, el equipo diseñado para VG 29 podría funcionar bien con una viscosidad de 32 cSt a 40°C. La ISO permita una variación de 10% encima y debajo de ese numero para clasificarse así. Por ende, un ISO 32 puede ser entre 28.8 cSt y 35.2 cSt a 40°C. Lo importante es controlar la temperatura operativa y calcular la viscosidad a esa temperatura. Clic aquí para un calculador.
Si está buscando la viscosidad correcta para un reductor donde no tienen la viscosidad recomendada por la fábrica o lo están adaptando a otro trabajo, clic aquí para calcular la viscosidad requerida.
Cada aceite tiene un índice de viscosidad, lo cual determina su curva de viscosidad, o lo que se pierde de viscosidad con el calor. Este índice de viscosidad frecuentemente varía entre 50 y 250. El índice de viscosidad combinado con la viscosidad ISO determina la viscosidad que tendremos en el equipo cuando esté funcionando. Para más información clic aquí. El índice de viscosidad es tan importante en aceites industriales como en los autos, solo que en lugar de llamarse multigrados, se habla de dos características: la viscosidad a 40°C y el índice de viscosidad.
Para el uso automotriz se utiliza una tabla de viscosidades criada por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) basada en la viscosidad cinemática (cSt) a 100°C para la temperatura de operación y una tabla especial de viscosidad en bajas temperaturas para cuidar el motor en el momento de arranque en frío (se define "frío" como temperaturas debajo de 20°C). De acuerdo a esta tabla, los siguientes aceites tienen una viscosidad SAE 40 a 100°C. El comportamiento en calor y frío depende de su índice de viscosidad y aditivos de bombeabilidad que mejoran su punto de fluidez.
Para motos, se usa las mismas tablas de viscosidad que motores de autos, pero los aceites son muy diferentes porque la mayoría llevan embragues y frenos húmedos (o sumergidos). Esto requiere aditivos especiales para evitar su patinado. Clic aquí para detalles.
La viscosidad a 100°C para una SAE 40 es entre 12.5 cSt y 16.29 cSt. (Diferencias dentro de este rango no son significativas). Clic aquí para convertir temperaturas entre Celsius y Fahrenheit.
Todos estos aceites tienen la misma viscosidad a 100°C. Esta es la temperatura normal del aceite dentro del motor en funcionamiento (promedio - en realidad se encuentra temperaturas cerca de 150°C en los anillos y puntos presión en el árbol de levas, y más de 280°C en el turbo). Un motor que opera debajo de 90°C no está funcionando bien, tendrá altos depósitos y lodos, y consumirá mayor combustible .
Cuando la temperatura ambiental es menor a 20°C, un aceite monogrado como un SAE 40, SAE 20W-50 o SAE 25W-60 no circula ni protege el motor en el momento del encendido. Además, este aceite es demasiado viscoso para pasar por el filtro de aceite. Esto causa la apertura de la válvula de alivio de presión en el filtro de aceite (o la base del filtro) y aceite sucio circula por el motor sin filtrarse.
Por eso se desarrollaron los aceites multigrados. Un aceite multigrado es un aceite menos viscoso, con aditivos (polímeros) que expanden en el calor para actuar como un aceite más viscoso. Los aceites baratos utilizan un aceite básico de poca calidad o poca resistencia, corregido por muchos polímeros. Estos aceites pierden su viscosidad con el uso y terminan aumentando el desgaste del motor. Los aceites sintéticos típicamente no contienen polímeros para mejorar su viscosidad. Simplemente son de alta viscosidad con un índice natural de viscosidad que cubre todas las temperaturas. Aceites API grupo II y sintetizados típicamente son de alto índice de viscosidad que usan pocos polímeros para lograr su viscosidad en el calor.
Clic aquí para ver el comportamiento de los aceites de motor a diferentes temperaturas.
Se define la viscosidad en frío con la tabla siguiente:
Por eso se desarrollaron los aceites multigrados. Un aceite multigrado es un aceite menos viscoso, con aditivos (polímeros) que expanden en el calor para actuar como un aceite más viscoso. Los aceites baratos utilizan un aceite básico de poca calidad o poca resistencia, corregido por muchos polímeros. Estos aceites pierden su viscosidad con el uso y terminan aumentando el desgaste del motor. Los aceites sintéticos típicamente no contienen polímeros para mejorar su viscosidad. Simplemente son de alta viscosidad con un índice natural de viscosidad que cubre todas las temperaturas. Aceites API grupo II y sintetizados típicamente son de alto índice de viscosidad que usan pocos polímeros para lograr su viscosidad en el calor.
Clic aquí para ver el comportamiento de los aceites de motor a diferentes temperaturas.
Se define la viscosidad en frío con la tabla siguiente:
En Bolivia muchos mecánicos recomiendan aceite "Especial 40" por la costumbre de utilizarlo desde años atrás, como decir "Gillette" para aloja de afeitar o "Kolynos" para pasta dental. Simplemente están hablando de un aceite de motor o un aceite de motor con la viscosidad SAE 40.
Por las variaciones de temperaturas ambientales en Bolivia, verá que un aceite SAE 40 no es el adecuado para los vehículos del país.
Clic aquí para ver el incremento de desgaste cuando no se usa el aceite de la viscosidad correcta en el motor.
Hoy en día la mayoría de los motores a gasolina están diseñados para un aceite más delgado (menos viscoso). Muchos inclusive requieren una viscosidad SAE 20 o SAE 30 en funcionamiento.
Aquí podemos ver diferentes aceites que son SAE 30 una vez que se calienta el motor.
Por las variaciones de temperaturas ambientales en Bolivia, verá que un aceite SAE 40 no es el adecuado para los vehículos del país.
Clic aquí para ver el incremento de desgaste cuando no se usa el aceite de la viscosidad correcta en el motor.
Hoy en día la mayoría de los motores a gasolina están diseñados para un aceite más delgado (menos viscoso). Muchos inclusive requieren una viscosidad SAE 20 o SAE 30 en funcionamiento.
Aquí podemos ver diferentes aceites que son SAE 30 una vez que se calienta el motor.
Todos estos aceites tienen la misma viscosidad a 100°C. Esta es la temperatura normal del aceite dentro del motor en funcionamiento (promedio - en realidad se encuentra temperaturas cerca de 150°C en los anillos y puntos presión en el árbol de levas, y más de 280°C en el turbo).
Debemos notar que Chrysler recomienda el uso exclusivo de aceite SAE 5W-20 SN en todos sus motores a gasolina (Jeep, Dodge, Chrysler) por los motores HEMI y varios otros de alto desempeño.
Mitsubishi recomienda: "SAE 0W-20 aceite de motor es fuertemente recomendado para economía y arranque en frío. Si SAE 0W-20 no está disponible, un aceite certificado por ILSAC de otras viscosidades puede ser usado temporalmente. "
Hace muchos años que Toyota recomienda solamente 0W-20 o 5W-20 para todos sus motores a gasolina o GNC.
También aquí en Bolivia, Nissan utiliza solamente 5W-30 y 10W-30 en La Paz y Cochabamba.
Mitsubishi recomienda: "SAE 0W-20 aceite de motor es fuertemente recomendado para economía y arranque en frío. Si SAE 0W-20 no está disponible, un aceite certificado por ILSAC de otras viscosidades puede ser usado temporalmente. "
Hace muchos años que Toyota recomienda solamente 0W-20 o 5W-20 para todos sus motores a gasolina o GNC.
También aquí en Bolivia, Nissan utiliza solamente 5W-30 y 10W-30 en La Paz y Cochabamba.
La viscosidad requerida para el motor no es la misma para todos. En general, los motores a diesel para camiones, equipo pesado y tractores agrícolas trabajan con un SAE 10W-30 o SAE 15W-40 pero también hay aceites para motor diesel SAE 5W-40, 0W-40, etc., que son usados en zonas frías y vehículos livianos. Los nuevos motores a diesel en autos livianos frecuentemente requieren SAE 5W-30.
Caterpillar® indica en su boletín de Octubre 2004 que:
“Los aceites monogrados para motores a diesel no son aceptables para el uso en motores Caterpillar de inyección directa. Se requieren aceites multigrados”
El error de muchos mecánicos es observar el aceite a temperatura ambiente y pensar que un aceite delgado a 25°C será más delgado a 100°C que un aceite que es más viscoso a 25°C. Si podríamos tocar los aceites a 100°C podríamos ver que son idénticos. Si observamos las viscosidades en forma gráfica, podemos ver que el SAE 15W-40 es mas viscoso en el las temperaturas de los anillos, árbol de levas, y turbo que el aceite SAE 40.
Clic aquí para ver un gráfico donde se demuestra como los aceites monogrados aumentan su viscosidad cuando se enfrían.
Existe mucha más variación en viscosidades para motores a gasolina. Hoy en día se tiene que consultar el manual de propietario o manual de mantenimiento para saber con qué aceite recomienda hacerlo funcionar el que fabricó su motor. Aquí tenemos ejemplos de varios manuales de propietario donde el fabricante recomienda el aceite a usar.
Caterpillar® indica en su boletín de Octubre 2004 que:
“Los aceites monogrados para motores a diesel no son aceptables para el uso en motores Caterpillar de inyección directa. Se requieren aceites multigrados”
El error de muchos mecánicos es observar el aceite a temperatura ambiente y pensar que un aceite delgado a 25°C será más delgado a 100°C que un aceite que es más viscoso a 25°C. Si podríamos tocar los aceites a 100°C podríamos ver que son idénticos. Si observamos las viscosidades en forma gráfica, podemos ver que el SAE 15W-40 es mas viscoso en el las temperaturas de los anillos, árbol de levas, y turbo que el aceite SAE 40.
Clic aquí para ver un gráfico donde se demuestra como los aceites monogrados aumentan su viscosidad cuando se enfrían.
Existe mucha más variación en viscosidades para motores a gasolina. Hoy en día se tiene que consultar el manual de propietario o manual de mantenimiento para saber con qué aceite recomienda hacerlo funcionar el que fabricó su motor. Aquí tenemos ejemplos de varios manuales de propietario donde el fabricante recomienda el aceite a usar.
Aquí podemos ver el anillo de control de aceite en el pistón de un motor diseñado para aceite 10W-30. Note las ondulaciones que permitan el retorno del aceite por el pistón al cárter.
En esta foto vemos el anillo de control de aceite en un pistón de un motor diseñado para utilizar aceite 5W-20. Las undulaciones del anillo son más chicas y un aceite viscoso no pasará.
Tablas de recomendaciones de aceite de motor de diferentes fabricantes para algunos modelos:
Hoy en día los aceites SAE 20W-50 o más viscosos son solamente para motores muy gastados mientras se espera su reparación, sabiendo que la reparación será más costosa por la falta de circulación.
Lo ideal es la viscosidad “preferida” en la tabla. Hoy en día esto típicamente es un SAE 5W-30 o SAE 10W-30. Menor viscosidad consume menos combustible y genera menos temperatura.
Hay razones para variar información de las tablas, pero esa variaciones deberían ser hechas por razones técnicas y no por recomendaciones de amigos o “sospechas empíricas”. Cuáles son?
Lo ideal es la viscosidad “preferida” en la tabla. Hoy en día esto típicamente es un SAE 5W-30 o SAE 10W-30. Menor viscosidad consume menos combustible y genera menos temperatura.
Hay razones para variar información de las tablas, pero esa variaciones deberían ser hechas por razones técnicas y no por recomendaciones de amigos o “sospechas empíricas”. Cuáles son?
- Motor gastado que consume aceite con la viscosidad recomendada. Cuando la recomendación es 5W-30 y comienza a gastar más que un litro entre cambios, es posible subir a 5W-40 o 10W-40 hasta hacer la reparación. Pero hay que tomar en cuenta las consecuencias en circulación, buzos hidráulicos, tesadores, etc. Nunca se debe subir dos números. Si están haciendo mantenimiento correcto, esto será después de unos 300.000 o 400.000 km.
- Uso del auto para carreras en altas revoluciones donde la temperatura "normal" es cerca de 120℃. En ese caso se puede reemplazar un 5W-30 con 5W-50. Un 5W-50 tiene la misma viscosidad a 120℃ que el 5W-30 a 100℃.
- Al jalar un acoplado. Esto a veces sube la temperatura del motor más de lo normal. Pero se debería consultar el manual primero. Por lo que el aceite es utilizado para los controles hidráulicos de motores VVT, subir de viscosidad puede causar problemas.
- Que el auto ya tiene 100.000 km. El kilometraje no tiene nada que ver con el momento del cambio de aceite. Todo depende del mantenimiento. Tenemos varias camionetas con más de 400.000 km y todavía usan el 5W-30 o 10W-30 como recomendaban sus fabricantes varios años atrás.
- Al cambiar a GNC. El combustible no tiene nada que ver con la viscosidad requerida. Las tolerancias siguen iguales.
- Temperatura del ambiente. Hoy en día los controles de temperatura del motor son tan bien controladas que casi no varía la temperatura del motor con la temperatura del ambiente. Así que una sola viscosidad cubre un rango grande de temperaturas.
Para mayores informaciones sobre lubricación hidrodinámica, vea aquí.
También encontrará explicaciones prácticas en los boletines 36 y 45
Clic aquí para descargar un boletín que explica los efectos de viscosidad, aditivos y mitos en el motor del auto. Este boletín es descargado más de 17.000 veces por mes.
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