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La determinación de degradación de lubricantes por análisis de laboratorio
Por Richard Widman

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Los aceites, como la leche o el vino, degradan con el tiempo. La velocidad de esta degradación depende de la calidad inicial, el ambiente, el trabajo, la contaminación, y su filtrado. En este boletín exploramos en detalle como degradan y como se detecta.

Este es el Boletín #127 de nuestro programa de Boletines Informativos mensuales. Todos los boletines están disponibles en formato Acrobat pdf en www.widman.biz

El problema
La degradación del aceite empieza cuando se abre el envase y permite la entrada de aire. El aire oxida el aceite. Un balde o tambor de aceite abierto y utilizado durante el curso de varios meses será más oscuro al final que al principio. Este nivel de oxidación afecta la apariencia del aceite, pero no afecta su comportamiento.
Algunos aceites sufren la precipitación de sus aditivos en el envase. Aunque esto no debería ocurrir por 2 o 3 años, frecuentemente pasa dentro del primer año con aceites de baja calidad. Esto puede ser reincorporado sacudiendo el aceite antes de usar si se da cuenta a tiempo, pero es un indicador del cuidado en fabricación o formulación.

Cuando hablamos de la degradación de aceites de motor, tenemos que considerar la contaminación por los gases de combustión y su reacción con los aditivos y metales en el motor, además de la contaminación por tierra y gases, por el filtro de aire, y las partículas de desgaste que contaminan y consumen los aditivos.

La degradación causada por estos elementos puede variar mucho por la calidad del aceite básico y el paquete de aditivos utilizado. Los aceites API Grupo I tienen muchas moléculas no saturadas que se degradan rápidamente, mientras los de Grupo II, III, o IV tienen una vida mucho mayor. Los mejores aceites tienen paquetes de aditivos más resistentes a otros y por ende frecuentemente llevan el símbolo de aprobación del API o ILSAC.

Es imposible determinar el nivel de degradación sin un análisis del aceite usado en un laboratorio especializado. Estos laboratorios identifican el nivel de contaminación y consumo de aditivos en partes por millón (ppm) para que tomemos decisiones. También miden la viscosidad y reserva alcalina, oxidación, etc. La interpretación de esa información y su aplicación en mantenimiento reduce costos de los insumos y de reposición de equipos. El análisis de aceite usado puede identificar fallas de mantenimiento a tiempo para corregir problemas.

Ejemplos
En el momento del cambio de aceite, siempre el nuevo aceite se mezclará con un residuo de aceite viejo. Esta mezcla no causará ningún daño en sí (químicamente), pero la muestra tendrá residuos de ese aceite y puede parecer degradado en el reporte de laboratorio. Esta mezcla es una de las razones de no usar productos “flushing” que quedarán en el nuevo aceite.

Una vez colocado el aceite en el motor, los aditivos empiezan a disolver el lodo y barniz dejado por el aceite viejo si es que hay. Esta limpieza no es total, pero a la larga absorberá mucho de los residuos dejados por aceites de calidad inferior. El detergente de calcio, la mezcla de calcio y magnesio o la mezcla de estos con sulfonato de sodio tratará de limpiar, mientras el compuesto de zinc y fósforo (ZDDP) irá colocándose en los lugares críticos para ser gastado en lubricación límite. Si la formulación tiene molibdeno, cubrirá las superficies donde existen mayores presiones y temperaturas.

Cuando analizamos estos aceites usados, podemos encontrar esto:

• Si el aceite anterior era de baja calidad, con 2000 ppm de calcio, 900 ppm de zinc, 800 ppm de fósforo, y colocamos un buen aceite 15W-40 con 3300 ppm de calcio, 1450 ppm de zinc, 1350 ppm de fósforo, la primera muestra del buen aceite parecerá degradado por lo que terminará cerca de 2600 de calcio, 1100 de zinc y 1000 de fósforo al final del uso. Cuando lleguemos al tercer cambio, estos valores después de 6,000 kilómetros serán cerca de 2800 calcio, 1300 zinc, 1200 fósforo. En este caso los valores del nuevo aceite bajan más del simple porcentaje, por lo que el calcio (u otro detergente) del buen aceite tiene que “comer” los ácidos y el lodo dejado por el aceite de baja calidad. Notamos que los valores varían con cada marca de aceite de acuerdo a su formulación y certificación. Un aceite formulado con aceite básico API grupo II puede lograr la misma protección con 10% menos aditivos que un aceite con base ordinaria, ya que es más fuerte y resistente en si.
• Mientras la mezcla de aceites no degrada el nuevo aceite, un porcentaje de cualquier contaminación o residuo de desgaste pasará a contaminar el nuevo aceite. Cuando el aceite tiene mucha contaminación se tiene que corregir el problema y hacer un segundo cambio para reducir el nivel de contaminación.
• Hay que considerar que entre más partículas de desgaste metálicas haya, mayor degradación de aditivos sufrirá. Las partículas metálicas como cobre, hierro y plomo aumentan la velocidad de oxidación del aceite. También quitan del aceite sus aditivos polares, incluyendo los de anti-desgaste, extrema presión, inhibidores de herrumbre y dispersantes.

• Aditivos de mala calidad. Las presiones en las fábricas de aceites por bajar costos de producción, utilizando insumos baratos para la formulación de sus productos con el fin de que al momento de su comercialización los precios sean menores (La manera escogida por algunas es de formular productos con lo más barato para vender a precios menores.)
• Combustible de mala calidad o adulterado. Alto azufre en el diesel acorta la vida útil del aceite.
• Mala combustión.
• --La temperatura del motor debería estar siempre encima de 80°C. Si está operando sin termostato, no llega a esta temperatura y entonces la humedad forma lodo en vez de evaporarse.
• --Presiones excesivas en la bomba inyectora.
• --Inyectores sucios, gastados o mal colocados en la cámara de combustión.
• --Válvulas mal reguladas.
• --Desgaste de anillos, camisas o bloque.
• --Mala sincronización de la chispa o inyección de combustible.
• --Bujías o cables de mala calidad o condición que no permiten una buena chispa
• Limpieza de lodos dejados por el aceite anterior.
• Contaminación por otros aceites inferiores en el relleno.

Molibdeno: Algunos aceites para motores contienen bisulfuro de molibdeno para reducir el desgaste en altas temperaturas y presiones. En estas formulaciones el molibdeno actúa con el ZDDP para proveer la máxima protección posible. Hay formulaciones sin molibdeno y otros con 40 ppm, 100 ppm, etc. Los mejores aceites para motores estacionarios a gas natural comprimido (GNC) contienen más de 300 ppm.

• La primera muestra de aceite con molibdeno puede tener hasta un 20% menos molibdeno que el valor inicial. Esto es el molibdeno que quedó pegado en las piezas del motor. Un aceite con 100 ppm puede aparecer con solamente 80 ppm después de 6,000 kilómetros. La segunda muestra (después de otros 6,000 kilómetros) mostrará cerca de 100 ppm.
• Si cambia de un aceite con molibdeno a uno que no lo tiene, las primeras muestras del aceite sin molibdeno tendrán residuos del mismo por lo que comienza a gastar de las superficies cubiertas y queda en el aceite, o lo que quedó de aceite viejo.

El Análisis
Un análisis de aceite usado que puede determinar los problemas y alargar la vida de los equipos depende de tres factores principales.

• La veracidad de la muestra. Tiene que ser tomada siempre de la misma forma, limpia y bien identificada. Un error en marca, viscosidad, equipo, horas, kilómetros, o cualquier dato básico dará resultados falsos.
• Los cuidados del laboratorio. El laboratorio tiene que tener los reactivos frescos, la limpieza necesaria para no contaminar una muestra con otra, buena calibración de sus equipos (frecuentemente intercambian muestras con otro laboratorio para confirmar los datos).
• El talento del analista. Los datos son científicos. La interpretación es un arte. El analista tiene que saber comparar los resultados con otros similares en esa misma empresa u operación. Tiene que conocer los objetivos del usuario y su plan de mantenimiento. Tiene que conocer la altura donde opera la máquina (el hollín depende del la disponibilidad de aire).