Tengo un colega que cree que los motores no solo dejan de funcionar, sino que son asesinados. Sé que suena bastante dramático, pero en WearCheck nos tomamos muy en serio la “muerte” de un motor.
Una de las principales funciones del análisis de aceite es monitorear los niveles de contaminantes en el aceite lubricante. Los contaminantes pueden clasificarse como internos o externos.
- Contaminantes internos: se generan dentro del sistema mecánico, como los desechos por desgaste o los subproductos de la combustión que se acumulan en los aceites de motor como resultado de la quema de diésel.
- Contaminantes externos: son sustancias presentes en el entorno que no deberían estar en el aceite, como polvo en suspensión o agua.
Los contaminantes pueden ser directamente dañinos para el sistema mecánico que se está lubricando. Por ejemplo, el polvo es abrasivo y puede causar desgaste anormal en los componentes. Además, los contaminantes pueden ser indirectamente dañinos al degradar el aceite lubricante, lo que a su vez puede afectar negativamente el sistema mecánico que se está lubricando.
En el análisis de aceites usados para fines de monitoreo de condición, es vital controlar ciertos contaminantes, ya que suelen ser las causas principales de la degradación prematura del aceite y la falla del motor.
Después de largas investigaciones sobre varios sospechosos de contaminación en aceites de motor, hemos elaborado perfiles forenses de lo que creemos que son los asesinos más brutales conocidos en los motores diésel.
ADVERTENCIA: Este boletín técnico puede contener contenido perturbador y gráfico.
EL ASESINO VOLÁTIL DE MOTORES
Comencemos nuestro viaje por lo macabro de la mecánica con nuestro primer asesino de motores: la dilución de combustible, también conocido como “el asesino volátil”. Este asesino fue responsable del 21% de todos los problemas relacionados con motores detectados por WearCheck el año pasado.
Cuando el combustible no quemado se filtra directamente al cárter, los problemas causados son de dos tipos: efectos físicos y efectos químicos. Veamos estos modos de ataque en mayor detalle:
Efecto físico La viscosidad cinemática de un fluido se define como la resistencia del fluido a fluir bajo la fuerza de gravedad a una temperatura específica. La viscosidad se considera una de las propiedades físicas más importantes de un aceite lubricante, ya que determina el grosor de la película de aceite que evita el contacto entre las superficies metálicas.
Como comparación mental, pensá en el agua como un líquido de baja viscosidad (fluye fácilmente) y en la miel como un líquido de alta viscosidad (no fluye tan fácilmente).
La viscosidad cinemática típica del diésel está entre 2 y 5 cSt a 40 °C (recordá el agua), mientras que la viscosidad típica de un aceite de motor diésel común, como un SAE 15w/40, es de aproximadamente 100 cSt a 40 °C (recordá la miel). Como resultado de esta diferencia en viscosidades entre el diésel y el aceite de motor, se necesita solo una pequeña cantidad de combustible para reducir significativamente la viscosidad del aceite de motor.
Diluciones moderadas (+/-4%) a grandes (+/-8%) de combustible pueden reducir la viscosidad del aceite de motor en varios grados, lo que puede colapsar el grosor crítico de la película de aceite. Esta reducción en la viscosidad eventualmente conducirá a una disminución en la capacidad del aceite para soportar cargas, lo que resultará en desgaste anormal de los cojinetes.
Efecto químico
Los aceites de motor diésel se mezclan con aditivos diseñados para cumplir funciones específicas, como los aditivos anti desgaste, antioxidantes, dispersantes y detergentes, entre otros. Cuando grandes cantidades de combustible están presentes en un aceite de motor, estos aditivos se diluyen físicamente, lo que reduce su efectividad.
El diésel también contiene moléculas aromáticas insaturadas que facilitan la oxidación del aceite de motor, provocando una pérdida del aditivo detergente, necesario para neutralizar los ácidos generados en el aceite como resultado del proceso de combustión, el uso prolongado del aceite o las altas temperaturas de operación. La pérdida de este detergente en el aceite incrementa la corrosión de las superficies metálicas internas.
Para empeorar las cosas, el diésel está compuesto por hidrocarburos más pesados que pueden transformarse en cera cuando las temperaturas ambientales descienden. Si un tanque de combustible contiene diésel de grado verano y las temperaturas caen significativamente, pueden formarse cristales de parafina que bloquean el filtro de combustible. De manera similar, la dilución de combustible en temperaturas de operación frías puede causar la formación de cera en el aceite del motor, lo que podría llevar a presiones de aceite bajas e incluso a la falta de lubricación en casos graves.
Nota final en el perfil forense: Este asesino es conocido por causar el lavado de aceite en los revestimientos de los cilindros, un desgaste acelerado en la parte superior del motor, condiciones de alto blow-by y un aumento en el consumo de aceite.
Efecto químico Los aceites de motor diésel se mezclan con aditivos diseñados para cumplir funciones específicas, como los aditivos antidesgaste, antioxidantes, dispersantes y detergentes, entre otros. Cuando grandes cantidades de combustible están presentes en un aceite de motor, estos aditivos se diluyen físicamente, lo que reduce su efectividad.
El diésel también contiene moléculas aromáticas insaturadas que facilitan la oxidación del aceite de motor, provocando una pérdida del aditivo detergente, tan necesario para neutralizar los ácidos generados en el aceite como resultado del proceso de combustión, el uso prolongado del aceite o las altas temperaturas de operación. La pérdida de este detergente en el aceite incrementa la corrosión de las superficies metálicas internas.
Para empeorar las cosas, el diésel está compuesto por hidrocarburos más pesados que pueden transformarse en cera cuando las temperaturas ambientales descienden. Si un tanque de combustible contiene diésel de grado verano y las temperaturas caen significativamente, pueden formarse cristales de cera que bloqueen el filtro de combustible. De manera similar, la dilución de combustible en temperaturas de operación frías puede causar la formación de cera en el aceite del motor, lo que podría llevar a presiones de aceite bajas e incluso a la falta de lubricación en casos graves.
Nota final en el perfil forense: Este asesino es conocido por causar el lavado de aceite en los revestimientos de los cilindros, un desgaste acelerado en la parte superior del motor, condiciones de alto blow-by y un aumento en el consumo de aceite.
EL ASESINO SUCIO DE MOTORES
El segundo asesino en nuestro perfil forense es la entrada de polvo, también conocida como “el asesino sucio”. Este asesino de motores fue responsable del 15% de todos los problemas relacionados con motores detectados por WearCheck el año pasado.
Las graves consecuencias de la entrada de polvo se resumen perfectamente en las palabras de Jim Fitch, de Noria Corporation, quien afirma que el costo de evitar que un gramo de suciedad entre al motor es solo un 10% del costo que implicará una vez que haya entrado al aceite.
La corteza terrestre está compuesta por diferentes tipos de rocas (ígneas, metamórficas, etc.) que contienen grandes cantidades de óxidos de silicio y aluminio, los cuales contribuyen a la composición del suelo y el polvo natural. Por esta razón, el silicio y el aluminio se utilizan como los principales indicadores elementales de entrada de polvo en el análisis de aceite.
Debido a los grandes volúmenes de aire que los motores toman a través del sistema de inducción, corren alto riesgo de entrada de polvo y desgaste acelerado que ocurre como resultado de la abrasión.
Curiosamente, la partícula que causa más daño es aquella cuya dimensión más pequeña es similar al tamaño de la holgura involucrada. Una partícula más pequeña que la holgura pasará sin causar mucho daño, y una partícula más grande no podrá entrar para causar daño alguno.
El polvo causa el mayor daño en el punto de entrada. Por lo tanto, cuando un motor presenta un problema de entrada de polvo, el tipo de desgaste que ocurre suele estar relacionado con la forma en que el polvo ingresa. Por ejemplo, una muestra de aceite que muestra evidencia de entrada de polvo y un aumento en el desgaste de la parte inferior del motor indica que el polvo está entrando directamente al aceite del motor y no pasando por los pistones y los anillos.
El polvo presente en el aceite generalmente será bombeado a través del filtro de aceite antes de llegar a los cojinetes. Sin embargo, la entrada de polvo en el motor ocurre predominantemente a través del sistema de admisión de aire.
La filtración de aire eficiente elimina la mayor parte del polvo que ingresa, pero el polvo restante que no es eliminado por los filtros o limpiadores consiste en partículas abrasivas muy pequeñas, que van desde 10 micrones hasta partículas submicrónicas.
Como resultado de las pequeñas holguras entre el anillo del pistón y el orificio del cilindro, estas pequeñas partículas de polvo en suspensión son las que representan la mayor amenaza cuando se producen fugas en el sistema de inducción. Estas partículas de polvo pasarán entre el pistón, el anillo y el cilindro, y eventualmente quedarán suspendidas en el aceite.
Si esto no fuera lo suficientemente malo, también está el problema de la distribución de la carga. La fina película de aceite que separa las superficies de trabajo evita el contacto directo entre ellas, reduciendo la fricción y la tasa de desgaste. Esta película de aceite también absorbe cargas de impacto y ayuda a distribuir la carga sobre toda la superficie.
Cuando se introduce una partícula de polvo entre las dos superficies, cambia la distribución de la carga de una distribución uniforme a una carga puntual concentrada en la partícula, lo que genera una presión muy grande.
En un motor, las partículas de hollín son extremadamente pequeñas (aproximadamente 0,03 micrones). Sin embargo, con el uso progresivo de combustible, grandes cantidades de estas partículas se depositan en el aceite y, eventualmente, se aglomeran para formar partículas de hollín más grandes.
El hollín entra al aceite del motor a través de los gases de escape en forma de blow-by o se deposita en las paredes de los cilindros y luego es raspado por los anillos, siendo finalmente depositado en el cárter. La eficiencia de la combustión, así como el contenido de azufre del diésel utilizado, están directamente relacionados con la tasa de generación de hollín. Una sincronización de encendido deficiente, un filtro de aire obstruido y holguras excesivas en los anillos provocan una alta carga de hollín. El diseño del motor, la calidad del combustible y el entorno operativo también son factores que contribuyen a la tasa de acumulación de hollín en el aceite.
Todos los aceites de motor contienen aditivos tipo detergente y dispersante que controlan los efectos del hollín.
- El aditivo detergente mantiene las superficies metálicas libres de depósitos y neutraliza los compuestos que pueden formar lodos y barnices.
- El aditivo dispersante actúa manteniendo los contaminantes insolubles (como el hollín) dispersos en el lubricante, evitando que se adhieran a las superficies metálicas.
Sin embargo, estos aditivos, como todos los aditivos del aceite, son naturalmente de sacrificio y, una vez agotados, no podrán proteger el aceite de la degradación ni evitar la acumulación continua o aglomeración del hollín.
El efecto más dramático del exceso de hollín es el aumento de la viscosidad, lo que genera temperaturas de operación más altas y un desgaste acelerado. El aceite puede seguir fluyendo y proporcionando suficiente lubricación a temperaturas de operación de 90 °C, pero, al enfriarse durante la noche a 10 °C, puede solidificarse. Bajo estas condiciones adversas, cuando el motor se enciende, la bomba de aceite no podrá bombear esta masa sólida, lo que provocará una falta de lubricación (oil starvation).
¡Pero espera, hay más! Las unidades EGR (Exhaust Gas Recirculation, Recirculación de Gases de Escape) en los motores diésel amplifican la cantidad y la abrasividad de la producción de hollín, ya que este dispositivo redirige las emisiones de escape a la cámara de combustión, creando una oportunidad de múltiples ciclos para que el hollín se deposite en el aceite.
Nota final del perfil forense: Este asesino ha sido conocido por causar la obstrucción de filtros de aceite y galerías, el agotamiento de aditivos, un aumento en las temperaturas de operación y el agarrotamiento de cojinetes debido a la falta de lubricación (oil starvation).
EL ASESINO FRIO DE MOTORES
Finalmente, llegamos a la pièce de résistance de los asesinos de motores: la fuga interna de refrigerante, también conocida como “el asesino frío”.
Este asesino de motores fue responsable del 13% de todos los problemas relacionados con motores detectados por WearCheck el año pasado.
Este es el más brutal de todos los asesinos de motores, y un testimonio de ello es el hecho de que los principales fabricantes de motores diésel estiman que el 53% de todas las fallas catastróficas de motores se deben a problemas en el sistema de refrigeración.
Entonces, ¿cuál es el modus operandi de este más frío de los asesinos de motores? Bueno, la respuesta radica en una cita de Hannibal Lecter: “De cada cosa particular, pregúntate, ¿qué es en sí misma? ¿Cuál es su naturaleza?”.
Generalmente, la mayoría de los refrigerantes son una mezcla de agua, glicol y aditivos.
El agua actúa como medio de transferencia de calor, mientras que el componente de glicol del refrigerante eleva el punto de ebullición y disminuye el punto de congelación del agua con la que se mezcla. La porción de aditivos en el refrigerante está destinada a proteger los metales en el sistema de enfriamiento contra la corrosión, la cavitación, la formación de incrustaciones, etc.
Las fugas internas de refrigerante pueden ser confusas, ya que a menudo no hay agua física presente en el aceite. Esto se debe a las temperaturas y presiones de operación del motor, que aseguran que el agua se evapore. Sin embargo, los aditivos del refrigerante contribuyen a las concentraciones elementales de sodio, boro, potasio y silicio en el aceite, y es esta familia elemental del sistema de aditivos del refrigerante la que sirve como marcador para confirmar la contaminación del aceite por refrigerante.
El refrigerante puede filtrarse al aceite del motor de diversas maneras, como a través de un sello defectuoso, una junta de culata quemada, un núcleo de enfriador dañado o corroído, o una falla en el sello de la bomba de agua. Sin embargo, una de las causas más comunes de una fuga interna de refrigerante es la perforación del revestimiento.
Perforación del revestimiento
La perforación del revestimiento ocurre cuando los revestimientos vibran al ritmo del movimiento del pistón durante las carreras de compresión y combustión. Este movimiento genera ondas de presión que forman regiones de presión negativa donde se nuclean burbujas de vapor. Cuando la cámara de combustión se dispara, estas burbujas de vapor implosionan y literalmente pueden perforar pequeños agujeros en la pared del revestimiento.
La introducción de refrigerante en el aceite lubricante expone al motor a una mezcla peligrosa de químicos que puede llevar al fallo en un corto período de tiempo. A continuación, se presentan algunos de los modos de ataque conocidos de este asesino de motores en casos pasados:
Cambio de viscosidad en motores diésel
La contaminación por glicol en el aceite del motor puede aumentar la viscosidad del aceite, lo que puede provocar un flujo insuficiente del aceite hacia las superficies metálicas críticas. Además, el glicol y sus subproductos de reacción también pueden promover agresivamente la oxidación del aceite base, lo que espesará aún más el aceite. Recordá:
- Si es demasiado espeso, no puede fluir.
- Si no puede fluir, no puede enfriar.
Cualquier aumento dramático en la viscosidad del aceite tendrá un efecto adverso en la capacidad de enfriamiento del aceite.
Obstrucción del filtro de aceite del motor
Los ácidos y el agua que se forman en el aceite del motor como resultado de la contaminación por refrigerante pueden alterar la dispersión del hollín. Un destacado fabricante de filtros de aceite afirma que el 75% de las quejas por obstrucción de filtros en motores involucran la presencia de refrigerante en el cárter. Solo un 0,4% de refrigerante en el aceite del motor es suficiente para coagular el hollín y causar depósitos, lodos, restricción del flujo de aceite y obstrucción del filtro.
Desgaste anormal en motores
El glicol se oxida en ácidos corrosivos que pueden causar una rápida disminución de la alcalinidad del aceite (Número Básico Total, TBN), lo que resulta en un entorno corrosivo no protegido. Esto puede incrementar el desgaste corrosivo en los cojinetes del motor y otras superficies metálicas internas.
Precipitación de aditivos en motores
El glicol puede reaccionar con los aditivos del aceite, provocando su precipitación. El ZDDP (zinc dialquilditiofosfato) es un importante aditivo antidesgaste y antioxidante presente en casi todos los aceites de motor diésel. Cuando el aceite de motor se contamina con glicol, el ZDDP forma productos de reacción, lo que conduce a una pérdida de su rendimiento antidesgaste y antioxidante.
Esferas de aceite
Las esferas de aceite son contaminantes abrasivos de forma esférica que se forman debido a la reacción entre los aditivos detergentes del aceite y la contaminación por glicol. Estas esferas de aceite son una causa conocida de daño en los cojinetes del cárter y otras superficies metálicas sometidas a fricción en el motor.
Cierre del perfil forense
El tiempo requerido para la progresión de fallas en el motor puede variar significativamente dependiendo de los contaminantes analizados en este boletín técnico. También hay varios factores agravantes que pueden acortar drásticamente el período de desarrollo de la falla, como prácticas deficientes de mantenimiento, baja calidad del aceite y problemas en la filtración.
Las fallas súbitas del motor, incluso con concentraciones moderadas de contaminantes, suelen ir acompañadas de uno o más de estos factores agravantes. Sin embargo, concentraciones altas de contaminantes en un aceite de motor pueden resultar en fallas súbitas independientemente de cualquier circunstancia agravante.
Lo que se observa con mayor frecuencia es un escenario moderado que, si no es atendido por el operador del motor, escala con el tiempo hasta que ocurre una falla del motor. Desafortunadamente, muchos operadores desconocen el peligro que representan los contaminantes del aceite del motor y el destino inevitable que esto conlleva en términos de disponibilidad de equipos y ciclo de vida.
La importancia del análisis de aceite en motores
Proteger los motores y, en última instancia, el equipo contra los efectos dañinos de la contaminación y la degradación del lubricante comienza con una mentalidad proactiva.
Un programa de análisis de aceite bien gestionado puede generar beneficios en dos modalidades de mantenimiento distintas:
Mantenimiento predictivo
Reduce la severidad de las fallas.
Disminuye los costos de mantenimiento.
Permite planificar las actividades de mantenimiento.
Mantenimiento proactivo
Identifica las causas raíz de las fallas.
Reduce la tasa de fallas.
Prolonga la vida útil de los componentes al controlar las causas raíz que pueden conducir a fallas del motor.
Conclusión
A partir de este informe técnico, se puede ver que el efecto acumulativo de la contaminación del aceite en la confiabilidad del motor, el consumo de combustible, las emisiones de escape y los costos de mantenimiento puede ser considerable. Por lo tanto, las técnicas de mantenimiento proactivo como el análisis de aceite son vitales para mitigar el riesgo de fallas del motor.
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análisis de aceite