La lubricación
en los Motores 
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NOCIONES BASICAS SOBRE ACEITES
Un motor estará bien engrasado, si el ACEITE es capaz de rellenar adecuadamente los desgastes producidos por el rodaje y refrigerarlo correctamente. Un motor nuevo necesita aceite fluido debido a sus ajustes y un motor usado necesita aceite viscoso en función de los Kilómetros recorridos y horas de uso. Entonces, a un coche se le puede echar Aceite Bueno, Regular o Malo y ello NO dependera NI de la marca de aceite NI del precio.

En los motores modernos con dimensiones SIMILARES a los antiguos, para conseguir mas potencia (entre 15 a 20CV), se puede aumentar la relacion de compresion, se tiene que conseguir que las valvulas de admision comiencen un poco antes a aspirar aire y se aumente la presion de inyeccion, y con todo ello se varian las curvas caracteristicas del motor a traves de una manipulacion de la centralita electronica (UCE).

En base a lo anterior indicamos que todos los aceites se obtienen del petroleo y no son aptos para utilizar en los motores. estos aceites hay que añadirles unos aditivos para hacerlos idoneos para cada motor. Y esto Los Aceites de los motores Todos los fabricantes de Aceites de España consiguen las bases ACEITES: Hay aceites de dos tipos: MINERALES y SINTETICOS

Los MINERALES se obtienen del petróleo cuyo origen puede ser Parafínico (de cadena abierta) o bien Nafténico (de cadena cerrada).

Los SINTETICOS se obtienen del Polibuteno o del Propileno. Son más estables que los minerales pero no son mejores.

Los principales organismos que especifican los niveles de calidad de los aceites son:

SAE=Sociedad de Ingenieros de Automoción. Su clasificación es: 5W30, 10W40, etc.

API=Instituto Americano del Petróleo.Define para Gasolina: SM, SL...; Diesel: CF...

ACEA=Asociac.Constructores Europeos Automóviles; Gasolina: A3,A4..., Diesel: B3,B4..., Gasolina y Diesel con Filtros DPF y Catalizadores TWC: C2,C3...

Si tenemos un aceite que en el envase se lee: 10W40, quiere decir que es un aceite que se comporta como un SAE10 y SAE40 en monogrado. La W es la inicial de Winter=invierno.

Cada motor y en orden a kms. y años de uso, necesita un lubricante adecuado para su engrase y refrigeración correcta. Para un motor nuevo es necesario un aceite según diseño constructivo en orden a sus ajustes o tolerancias, y a medida que vaya rodando kilómetros se producirán desgastes entre muñequillas y cojinetes de biela-bancada y por tanto, cuando lleve rodados más de 50.000 ó 60.000kms. deberá VARIARSE la Viscosidad Cinemática del Aceite.

El ACEITE MOTOR debería cambiarse cada 8 ó 10.000 kilómetros o cada 12 meses (lo que antes suceda). Un aceite con poder de engrase adecuado estará transparente y brillante y al disminuir su poder de engrase se pone sucio y opaco. Por tanto el poder de engrase se va reduciendo con el funcionamiento del motor y un aceite sucio u opaco hace que no se engrasen adecuadamente los mecanismos internos del motor aumentando el rozamiento entre estos elementos y, por tanto, el coche gastara mucho mas combustible y lo que se ahorra por NO CAMBIAR el aceite, se gastara en combustible.

NOTA: Aunque no esté reglamentado se indica que los aceites caducan.

Para información adicional, pulsar:
Instituto Americano del Petróleo: API
(en Español)
Instituto Americano del Petróleo: API
(en Inglés)
Asoc.Constructores Europeos Automóviles: ACEA
(en Español)
Asoc.Constructores Europeos Automóviles: ACEA
(en Inglés)

UNA PRUEBA FÁCIL DE REALIZAR: Solo se necesita un simple papel BLANCO poroso
Cuando cambie el aceite motor eche un poco del aceite nuevo en un frasco y al llevar circulado el coche 3.000 kms verter en un papel blanco una gota de aceite nuevo (el del frasco) y otra gota del aceite del motor con los 3.000 kms recorridos y vera como el aceite sin usar tiene un poder de engrase total, mientras que el aceite que rodó  3.000 kms, en la mancha sobre el papel se verá en el centro los residuos carbonosos, ó bien   barnices, dependiendo si se trata de un  motor Diesel ó de Gasolina. En la periferia de la mancha del aceite usado se observará el poder de engrase que presenta el aceite con estos Kms u Horas de uso y haciendo esta misma prueba cuando el aceite motor lleve recorridos 8.000 kms o 10.000 kms, en ese momento el aceite nuevo seguira teniendo un poder de engrase elevado, mientras que el aceite usado no tendra poder de engrase alguno.  El poder de engrase se observa transcurridos 2 ó 3 minutos, segun porosidad del papel, por lo que haciendo estas simples pruebas se convencera de que debe cambiar el aceite motor a los  8.000 ó 10.000 kms aunque le recomienden que lo puede sustituir cada 15, 20 ó 50.000 kms. CON ESTO AHORRARA EN COMBUSTIBLE Y TALLER

La prueba de la Mancha de Aceite es muy facil de hacer. Coja una cartulina porosa similar a las tarjetas de visita y vierta una gota de aceite encima de la misma y podra observar que el poder de lubricacion de un Aceite nuevo es optimo o del 100% y a medida que el Aceite funcione durante 5.000 kms o 10.000 kms su poder de lubricacion o engrase disminuye hasta el 60% o el 20% coincidiento la degradacion de su poder de lubricacion con un aumento de la contaminacion que le produce el combustible al pasar desde la camara de combustion al carter en los ciclos de explosion ya que las presiones de compresion en los motores diesel son del orden de 21 kg/cm2 y en gasolina de 12 kg/cm2 y este es el motivo por el que a mayor desgaste en los motores se cuela mas combustible al carter y contamina el aceite.

En el reverso de la cartulina se aprecian muy bien la contaminacion del Aceite por disminuir la Tension Superficial del mismo y aumentar la Tension de Fuga con disminucion del poder de engrase y a su vez el aceite se degrada debido a las elevadas temperaturas de los ciclos de combustion formando microparticulas carbonosas que actuan como abrasivos sobre las superficies engrasadas y reducen notablemente la vida util de los motores.

Una forma sencilla de distinguir la Untuosidad de la Adhesividad de un Aceite es que al colocar una gota entre los dedos indice y pulgar y desplazar estos, se nota una sensacion de suavidad analoga a cuando se pasan las yemas de los dedos sobre un terciopelo, conociendose esta caracteristica como Untuosidad, mientras que la Adhesividad se aprecia cuando queremos separar los dedos indice y pulgar con aceite en medio, ofreciendo una sensacion de pegajosidad como si el Aceite fuera cola.

Siendo la Untuosidad una consecuencia de la Adhesividad, la VISCOSIDAD mide en definitiva la atraccion que ejercen entre si las moleculas de un liquido de tal manera que dichas moleculas se adhieran fuertemente a las superficies solidas y de aqui la importancia de poner a cada motor el Aceite con la Viscosidad adecuada de manera que los coches nuevos deben llevar Viscosidades bajas por los ajustes de sus organos en movimiento y a medida que los motores se van desgastando con el transcurso de los kilometros, los Aceites tendran que tener una Viscosidad mas elevada. De aqui el ERROR que se comete en los Talleres y en las Marcas que para coches nuevos muy comprimidos que ofrecen potencias elevadas recomiendan aceites muy fluidos por ejemplo SAE-5W30 y cuando estos motores rodaron mas de 200.000 kms o 300.000 kms siguen recomendando Viscosidades bajas cuando realmente hay que lubricar estos motores con Aceites de Viscosidades mas elevadas por ejemplo SAE-10W40 sintetico o SAE-20W40 mineral y para ver el Calculo de un motor con las Viscosidades adecuadas a cada tipo de motor en funcion de los kilometros se puede acudir al Modulo Tecnico del Programa Informatico de Autoxuga para calcular exactamente la Viscosidad adecuada a cada motor en funcion de los kms rodados tal como se pudo ver en las Pantallas anteriores.

ADITIVOS DE LOS ACEITES
La cuestión de ADITIVOS de los Aceites es más compleja ya que cada Fabricante utiliza unas Bases u otras para elaborar un Aceite Mineral, y la aditivación depende de la procedencia de los petróleos según sean de origen Paraf¡nico o Nafténico. En el caso de los Aceites Sintéticos según procedan de SILICONES, POLIBUTENOS, GLICOLES POLIALQUILICOS, PROPILENOS, etc. se aditivan en consonancia con su origen y en todo caso a todos los Aceites se le añadirán ADITIVOS tales como:

*ANTIOXIDANTES para retardar el envejecimiento del aceite por oxidación con formación de peróxidos y esto lo consiguen las Aminas aromaticas, Cetonas, Acidos orgánicos y Aldehidos.

*DETERGENTES que preferentemente son Sales de Calcio y de Magnesio, Alquilosalicilato, Carboxilatos metalicos y Alquilfenatos.

*ANTICATALIZADORES que son compuestos a base de Fósforo y Nitrógeno para que reaccionen con el catalizador con objeto de producir sustancias no cataliticas o formando con el metal en su superficie una pelicula protectora.

*DE EXTREMA PRESION a base de compuestos de Fósforo, Molibdeno, Boratos y Acidos grasos.

*DE UNTUOSIDAD que vienen a ser aceites minerales y vegetales (parecidos a los de cocinar) o bien ciertos ésteres de alto peso molecular como: Naftenatos y Oleatos.

*ANTIDESGASTE para reforzar la acción anti-desgaste que ejerce un lubricante con relación a los elementos que lubrifica formando una capa protectora y actuando directamente con las superficies metálicas y estan formados por alquilo-ditiofosfatos de zinc y numerosos derivados fosforados.

*REBAJADORES DEL PUNTO DE CONGELACIÓN que son compuestos para que se evite la formación de cristales de parafina y son productos de la condensación de la Parafina nafténica, Esteres metacrilicos y Benzofenatos de parafina.

*MEJORADORES DEL INDICE DE VISCOSIDAD que son compuestos polimeros del Estireno, Luteno, Metacrilato, Copolímeros de hidrocarburos etilénicos y derivados de Isopreno.

*ANTIESPUMANTES pueden ser aceites de Silicona, o Acrilatos de alquilo.

*EMULSIONANTES-DEMULSIONANTES estan formados a base de ésteres de Alcoholes de alto peso molecular y otros compuestos de Fósforo.

*DISPERSANTES para mantener en suspensión las impurezas sólidas formadas durante el funcionamiento del motor, asi como materiales que no han entrado en combustión: barnices, cenizas, hollín diesel y que estan formados por compuestos polares de la familia de los Alquenilsuccínioamidas, Esteres succínicos y tambien sus derivados

*ANTICORROSIVOS sirven para formar una capa protectora o pasivación de la superficie de metal y son compuestos a base de Sulfonatos alcalinos o alcalino-terrosos neutros o básicos tales como sales de Na, Mg, Ca y de ácidos o de Aminas grasas y tambien de ácidos Alquenilsuccínicos y sus derivados.

*BASICIDAD para neutralizar los residuos ácidos a medida que estos residuos se vayan formando y estan compuestos por Fenoles, Carbonatos e Hidróxidos y Salicilatos básicos neutralizantes

A la vista de la complejidad y clase de ADITIVOS que se añaden a los ACEITES se puede decir que tienen fecha de caducidad, aunque no esté reglamentado que se ponga en los envases. Además aunque el aceite esté envasado, se produce un fenómeno de ÓSMOSIS por las variaciones de temperatura a la que se someten los envases en los almacenes, produciéndose una PRESIÓN OSMOTICA en el interior del envase dif¡cil de cuantificar y que produce la inevitable DECANTACIÓN de muchos aditivos añadidos. A medida que los envases de los Aceites sean mayores, la degradación será mas fuerte en función del Aire que entra.

APLICACION PRACTICA DEL CALCULO DE VISCOSIDAD CINEMATICA DE UN ACEITE
Cogiendo las características físicas de TRES aceites distintos: (20w40, 15W40 y 10W40) de una misma refinería y que figuran en la foto inferior, se han trazado las curvas para el SAE10W40 que a 40ºC presenta una viscosidad cinemática de 93.13cSt y que para el SAE20W40 tiene 118.4 cSt a esos mismos 40ºC. Sus viscosidades cinemáticas a 100ºC son similares y por tanto para el cálculo de un motor en donde interviene la presión específica efectiva sobre cada cojinete de biela, velocidad de rotación del cigüeñal, temperatura de funcionamiento del motor, derrame de lubricante, presión y caudal suministrado por la bomba de aceite, se trata de escoger el aceite adecuado a la cilindrada y potencia de un motor en función de los kilómetros, años y peso del coche.

Para un motor NUEVO es necesario un aceite según diseño constructivo en orden a sus ajustes o tolerancias de fabricación y cuando el motor haya rodado más de 50.000kms. deberá VARIARSE la Viscosidad Cinemática del Aceite al objeto de que su engrase siga siendo el correcto.

En cuanto a graduación SAE indicamos que dicha graduación se refiere a una ESCALA NUMERICA diseñada en el año 1950 por la "Society Automotive Engineers"(SAE) y sus CIFRAS según sean mayores o menores informan de la VISCOSIDAD CINEMATICA de un Aceite, sin guardar relación alguna con la CALIDAD. La graduación SAE 10 solo dice que es menos viscoso que el SAE 50, pero no es mejor el SAE 10 que el SAE 50: Son diferentes.

A modo de ejemplo indicamos que la GRADUACION SAE se mide a 99ºC, y se corresponde con una Viscosidad SAE 20 con valores entre un minimo de 5,7 cSt (centistokes) y un máximo de 9,6 cSt. Para un SAE 40 los valores minimos y maximos van desde 12,9 cSt a 16,8 cSt. Los motores funcionan generalmente a temperaturas entre 80ºC y 85ºC. Si la denominación SAE del Aceite lleva la letra (W) solo quiere decir que ha sido ensayado a 18ºC bajo cero (Por ejemplo: 5w40).



CALCULOS TECNICOS EN MOTORES
En el cálculo técnico de la foto inferior se requieren 447cm² de Superficie de Filtro para obtener una correcta refrigeración del motor que funciona a 84,3 ºC, necesitando una Viscosidad Cinemática en Centi-stokes(cSt) de 42.15 que es la relación entre la viscosidad del aceite y su densidad y que equivale a un SAE40 ya que el espesor de la película de aceite en los casquillos de biela es de 0.093mm. Para más kilómetros de rodaje del motor se necesitará otro Aceite con Viscosidad Cinemática distinta ya que el juego de los cojinetes de biela y desgastes serán distintos pudiendo comprobarse que en la actualidad el motor tiene un Juego de Muñequillas de Biela de 0.124mm y cuando llegue a su limite de desgaste de 0.166mm el engrase del motor sera insuficiente debido a fugas de lubricante entre los organos en movimiento y, en este caso, conviene hacer una reparacion de motor consistente en sustituir los aros o segmentos de los pistones y los casquillos de biela y cigüeñal evitandose asi un exceso de consumo de combustible ya que el coche con un desgaste excesivo redujo considerablemente la potencia. El programa técnico-informático de AUTOXUGA calcula en cada caso el ACEITE y FILTRO para un engrase correcto.



Seguimiento, ensayo  y análisis realizado por  AUTOXUGA  sobre un Coche.
A un Coche con motor de 1.600 cm³ y 60 Kw (82 CV) se le venía cambiando el aceite motor cada 10 ó 12.000 Kilómetros por aconsejarlo así el fabricante. Se  utilizaba un aceite sintético 10W40 porque lo recomendaba.
A los 121.227 Kilómetros se comprobó la compresión del motor y dio unos valores alrededor de 11,3 Kg/cm² en 3 cilindros y el cuarto 9,5 Kg/cm². El consumo de Combustible era de  10,8 litros/100 km

Se hizo un seguimiento al motor desde el mes de Diciembre de 2010 a Julio de 2011 (8 meses) y se analizó el aceite, sin sustituirlo, a los 2.050 Kilómetros(1 mes); a los 4.015(3 meses) y  a los 10.130 kilómetros. Al final de la prueba (8 meses) el coche llevaba rodados 131.357 Kilómetros. Los valores encontrados son:

Meses de uso de un Aceite 10W40
Kilómetros recorridos con el Aceite
Valores Método Ensayo Dic10-Dic10
2.050 kms
Ene-Feb2011
4.015 kms
Mar-Jul2011
10.130 kms
Viscosidad cinemática a 40ºC(cSt) 80 a 130 ASTM D445 93.12 90.11 81.20
Viscosidad cinemática a 100ºC(cSt) 12 a 16 ASTM D445 13.6 12.92 11.86
Agua; máx.% a 20ºC 0.01 a 0.1 DIN 53656 0.13 0.31(*) 0.58(**)
Indice Neutraliz(TBN) en mg KOH/g 8 a 15 ASTM D2896 12.4 11.3 8.7
Opacidad (% de Transparencia) > 100% DIN 5033 132 89(*) 39(**)
Aluminio(partíc.metal desg. p.p.m.) 0 a 10 ICP 4 6 19(*)
Hierro (partíc.metal desgaste p.p.m.) 0 a 10 ICP 5 24(*) 61(**)
Níquel (partíc.metal desgaste p.p.m.) 0 a 10 ICP 3 4 9
Silicio en p.p.m. (polvo atmosférico) 0 a 10 ICP 6 57(*) 126(**)


Estos análisis realizados por AUTOXUGA indican el Grado de deterioro del aceite señalándose con un asterisco (*) cuando los valores son elevados y con dos asteriscos (**) cuando son totalmente inadmisibles.

La cantidad de Agua  en el aceite puede deberse a condensación, mientras que las partículas de Silicio se deben al polvo del Filtro de Aire que se introdujo por la admisión. Estos parámetros son los que vulgarmente se notan en la prueba de la mancha de aceite sobre papel blanco poroso aunque sin cuantificar.

Se desmontó el motor y se observó que los AROS (segmentos) tenían un desgaste excesivo; estaban rayados y la distancia entre puntas era de 0,95 mm. El cuarto cilindro estaba semi-gripado.

REPARACIÓN DEL MOTOR: Análisis de los AROS (segmentos).
Después de realizada la reparación del motor los valores en que quedó éste justamente después del montaje fueron los siguientes: 1º, 2º y 3º Cilindro = 13,5 kg/cm², y el cuarto a 13,1 kg/cm². Se hizo un rodaje muy cuidadoso de 528 km y  se volvió a comprobar la compresión, dando unos valores de 13,8 kg/cm² para el 1º,2º y3º cilindros y de 13,6 kg/cm² para el 4º cilindro.

El ajuste ó distancia entre puntas de los aros nuevos dentro de los cilindros fué de 0,25 mm. y la Carga Tangencial del 1º aro sobre el cilindro fué de 1,35 kg con una ovalidad máxima de de 0,05 mm., siendo la Carga Tangencial del 2º y 3º aro superiores. El diámetro de los cilindros era de 65 mm. 

El consumo de Combustible quedó en  7,4 litros a los 100 km, con ahorro de 3,4 litros/100km

El motor antes de reparar y para 20.000 kms/año consumía 2.160 litros Combustible = 2.376 Euros y después de reparado el consumo para los mismos 20.000 kms/año fué de 1,480 litros = 1.628 Euros., representando un ahorro de 748 Euros., además de minimizar la contaminación del Medio Ambiente. 
ESTUDIO METALOGRÁFICO Y FÍSICO DE LOS AROS:
Los aros de explosión ó superiores del motor de 1.600 cm³ y 60 Kw (82 CV) con diámetro de Cilindro de 65 mm tenían el aspecto que se ve en la fotografía realizada a 50 aumentos, observándose excesivas rayas perpendiculares a las caras planas como consecuencia de partículas abrasivas procedentes del aire que interviene en la combustión así como del aceite al estar en mal estado y tener partículas abrasivas en suspensión.
La fotografía del 1º aro ó segmento de explosión realizada a 600 aumentos muestra en el examen micrográfico, Grafito de tipo A (laminar) y Martensita de revenido.

La Carga Tangencial de los aros desgastados estaba entre los valores: 0,99 y 1,2 kg.

La dureza Rockwell encontrada fue de: 110 a 112 RB.
La fotografía del 2º aro ó segmento rascador de aceite realizada a 600 aumentos muestra en el examen micrográfico, Grafito de tipo A (laminar), Perlita laminar, Esteadita y ausencia de Ferrita.

La Carga Tangencial de los aros desgastados estaba entre los valores: 1,1 y 1,3 kg.

La dureza Rockwell encontrada fue de: 101 a 104 RB.
La fotografía del 3º aro ó segmento de engrase realizada a 600 aumentos muestra en el examen micrográfico, Grafito de tipo A (laminar),  Perlita laminar, Esteadita y ausencia de Ferrita.

La Carga Tangencial de los aros desgastados estaba entre los valores: 3,6 y 4,3 kg.

La dureza Rockwell encontrada fue de: 101 a 105 RB.
La fotografía del 3º aro ó segmento de engrase realizada a tamaño natural presenta fuerte desgaste de las pestañas superior e inferior de roce, principalmente en la zona de corte del aro, que es donde se produce la máxima expansión.

El elevado desgaste del 1º Aro cromado ó segmento de explosión que es el más próximo a la cámara de combustión nos hace pensar en la existencia de una entrada de aire al motor sin filtrar, un filtro de aire inadecuado ó con microporosidad excesiva y también que el motor funcionó con mucha suciedad en el filtro de aire acentuandose el desgaste por las partículas abrasivas en suspensión contenidas en el aceite porque no se sustituyo ó bien el filtro de aceite no tenia el papel filtrante correcto.
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