Portuguese (pdf)
Article in xml format
Article references
Automatic translation
Send this article by e-mail
Cited by SciELO 
Similars in
SciELO 
uBio 
Permalink
1. Introducción
En la actualidad, el mercado automotriz nacional ha presentado una nueva pausa de mantenimiento respecto al intervalo referencial de revisión vehicular de 5000 kilómetros. La cantidad de mezcla del motor de encendido provocado (MEP) depende de los siguientes factores: carrera del motor, régimen máximo de giro, flujo másico de aire y rendimiento volumétrico del motor (Payri & Desantes, 2011). Estos factores influyen en las condiciones operativas del motor para los rendimientos máximos previstos, sumándose las condiciones geográficas de operación existentes. Un aspecto importante en la condición operativa de MEP, es el aceite lubricante, por su interacción con la mezcla combustionada, por ello, el análisis y monitoreo del aceite lubricante brinda mayor confiabilidad acerca del estado real del motor y previene fallas y paradas no planificadas (Antamba, 2018; Tormos, 2013).
En el caso del Ecuador, los vehículos con MEP utilizan combustible gasolina con octanaje de 87 y 92 octanos, en estos combustibles, los contenidos de azufre varían entre 300 y 500 ppm, según la norma INEN 935 (2016); la cantidad de azufre interfiere en las condiciones de trabajo del lubricante dentro del motor, afectando la salud, contaminación y desgaste del lubricante (Fernández-Feal et al., 2018), es decir, se puede incidir en el desgaste del motor. La cuantificación del desgaste es un problema complejo y difícil. Este problema puede dividirse en tres partes: en primer lugar, los problemas relacionados con las limitaciones de las técnicas de medición utilizadas para la cuantificación del desgaste; en segundo lugar, los efectos de las condiciones de operación en las mediciones de desgaste y, finalmente, las características particulares del motor (fabricante, edad del motor, condiciones ambientales, tipo de servicio (Fernández-Feal at al., 2018).
Acorde a Saldivia (2013) y Torres et al. (2020), la actividad de cambio del aceite del motor constituye una operación crítica dentro de los procesos de mantenimiento, esta se influye por la calidad del aceite, calidad del combustible y el uso del vehículo. Al trabajar con una mayor cantidad de vehículos, se incrementan los costos de mantenimiento y reparación derivados de esta operación. Para extender la vida útil del lubricante, se debe analizar la condición del aceite, un aspecto vinculado a la composición del aceite lubricante, es decir, la base y los aditivos (Macián at al., 2003).
Este estudio, se orienta en evaluar la salud del lubricante y el comportamiento de sus aditivos en un motor de encendido provocado de vehículos tipo turismo, dentro del periodo de mantenibilidad de 5000 kilómetros, aplicando la técnica de análisis de lubricante usado, para la recolección de la información, considerando un solo intervalo de mantenimiento.
2. Materiales y métodos
Este proceso de investigación corresponde a un estudio experimental tipo descriptivo, en relación al análisis de la degradación y reducción de aditivos del lubricante en los motores de encendido provocado de vehículos tipo turismo, dentro de un periodo de mantenibilidad. Los procesos de medición y recolección de datos estaban basados en las normas internacionales ASTM de los parámetros de propiedades físicas químicas del aceite lubricante usado.
La metodología empleada en este estudio es similar a estudios vinculados, elaborados por Tormos (2013), Macián et al. (2003) y Antamba (2018), y pueden aplicarse en diferentes tipos de motores de combustión interna. La investigación se llevó a cabo en la ciudad de Quito, ubicada en una zona geográfica de elevación a 2800 metros snm.
Durante el 2018, el sector automotor creció un 31 % en relación con el 2017, y cerró el mercado con 137 615 unidades vendidas, cifra similar a la registrada en el 2011 (Asociación de Empresas Automotrices del Ecuador, AEADE, 2019). Esto ocurrió gracias a una mejora de la economía, la expansión del crédito y la eliminación de una serie de restricciones que limitaban la comercialización de vehículos nuevos, en Ecuador. El proceso de investigación experimental se desarrolló, como se muestra en la Figura 1.
Dentro del segmento de vehículo tipo turismo, los vehículos más vendidos corresponden a marcas Chevrolet y Kia. Para este estudio fueron elegidos 5 vehículos de la marca Chevrolet, pero de diferentes modelos, con las siguientes características: Motor MEP en línea, idéntico número de cilindros, rango de cilindraje de 1,5 ± 0,5 litros, volumen de aceite lubricante de 1 + ¼ galón, recorrido inferior a 40000 kms e intervalo de mantenimiento de 5000 kms. Los modelos de vehículos del estudio se detallan en la Tabla 1.
2.1. Pruebas del aceite lubricante usado
Para las muestras tomadas de los motores de los vehículos analizados, se efectuaron las pruebas de análisis del lubricante usado en los laboratorios de Tribologik (Canadá) bajo la acreditación ISO 17025, por parte del Organismo de Acreditación Ecuatoriano con el código: OAE LE C 10-014, las características de las pruebas de análisis del lubricante se especifican en la Tabla 2.
Antes de la obtención de la muestra de aceite, se evaluó los vehículos basados en las emisiones contaminantes del motor según la norma NTE INEN 2202. La muestra de aceite usado se obtiene en el intervalo de mantenimiento de 5000 km.
2.2. Lubricante de referencia
Para la comparación de los cambios del aceite lubricante, se debe establecer la línea base con el lubricante en estado virgen, es decir, se determinan las propiedades físico-químicas y la determinación de la concentración de un conjunto seleccionado de elementos, expresado en partes por millón (ppm). En la Tabla 3, se detalla los valores obtenidos del aceite lubricante tipo semisintético SAE 10W-30, utilizado en este estudio para todos los modelos.
2.3. Viscosidad relativa
La viscosidad relativa es un parámetro adimensional, que facilita la comparación del comportamiento de la viscosidad, no solo compara la desviación de la tasa de desgaste de referencia del motor, sino que también, al usar la tasa de desgaste de referencia del modelo del motor, compara la situación actual con un comportamiento de la población mayor, como si todos los motores fuesen del mismo modelo. (Tormos, 2013).
Para relacionar la viscosidad, se establece el parámetro de la viscosidad relativa (Z), definida por la ecuación 1, relacionándose los datos de viscosidad del lubricante usado y el lubricante nuevo o de referencia.
(1)2.4. Parámetros de análisis y comparación
Cada parámetro medido, expresa una condición del aceite usado, por ello, “ciertos parámetros requieren solamente límites superiores como los niveles de partículas y otros de límites inferiores, tales como, basicidad, metales de aditivos. Otros parámetros requieren de ambos límites, como la viscosidad.” (Noria, 2016). En la Tabla 4, son mostrados los límites de los parámetros medidos para la salud del lubricante.
3. Discusión y resultados
3.1. Salud del lubricante
La viscosidad del aceite establece su comportamiento para las diferentes condiciones de temperatura, en este estudio para la comparación de viscosidad para cada vehículo de prueba, dentro del intervalo de mantenimiento, se establece la viscosidad relativa. En la Figura 2 se muestran los valores de viscosidad relativa (Z) obtenidos para las cinco muestras de aceite lubricante tomadas de los vehículos empleados en el presente estudio.
La figura 2 muestra que, para todas las muestras, la viscosidad relativa obtenida fue menor a 1, lo que significa que han perdido viscosidad con respecto al lubricante virgen. La viscosidad relativa promedio alcanzó a 0,81, con una desviación estándar de 0,02 (n=5). La mayor variación en viscosidad corresponde a una reducción máxima de 22%. La condición del aceite para el intervalo de cambio establecido opera en condiciones marginales, en algunos casos, es decir, está al límite de su condición de degradación. La reducción supera el límite crítico para la viscosidad, acorde a la Tabla 4.
La salud del lubricante relaciona la viscosidad, oxidación, nitración y el número básico total (TBN), la condición operativa del aceite lubricante degrada las propiedades físicas y químicas, por la acción de la combustión y el combustible. En la Figura. 3, se muestra el comportamiento de estas características para cada modelo analizado.
El crecimiento de la oxidación es propio del comportamiento del aceite lubricante en operación, se observa un aumento de a 4 a 8 y 4 a 9, en las muestras analizadas, con un promedio de 8,4 para el periodo de cambio de aceite. Un aumento acelerado de la oxidación está relacionado con la deficiencia de aditivos antioxidantes y la mala combustión de la mezcla aire combustible. La nitración crece de 2 a 5 y de 2 a 6, con un promedio de 5,4, evidenciando la presencia de óxidos de nitrógeno, producto de la combustión, relacionándose con la carga del motor y la relación aire-combustible.
3.2. Comportamiento de los aditivos del lubricante
El comportamiento del aditivo antidetergente (calcio), se muestra en la Figura 4, se evidencia la pérdida del calcio dentro del intervalo de mantenimiento, respecto al valor referencial de un contenido de 2328 ppm.
En el caso de las partículas de calcio, el valor medio es de 1103 ppm, con una desviación estándar de 51,3. Las muestras tienen una reducción del 50% al 54%, con respecto a la referencia inicial, es decir, el aceite cumple con la función anti detergente, dadas las características del combustible ecuatoriano, con altos niveles de azufre, se cumple el trabajo de control de depósitos y la neutralización de ácidos. El comportamiento del aditivo antioxidante se muestra en la Figura 5, se evidencia la pérdida del fósforo dentro del intervalo de mantenimiento, respecto al valor inicial de 1023 ppm.
En el caso de la concentración del fósforo, se evidencia una reducción entre el 47% y el 51%. El valor promedio de calcio es de 525 ppm y una desviación estándar de 17 ppm, en las muestras examinadas, para los modelos de estudio. Las condiciones que afectan este aditivo están relacionadas a la temperatura de trabajo, calidad de combustible y aire atmosférico. Se evidencia un comportamiento favorable a la oxidación en los motores analizados, por ello, la reducción del aditivo antioxidante. El comportamiento del aditivo antidesgaste, se muestra en la Figura 6, se evidencia la pérdida del zinc dentro del intervalo de mantenimiento, respecto a la muestra referente de un contenido inicial de 1177 ppm.
Los resultados de la cantidad de zinc muestran un valor promedio de 674 ppm y una desviación estándar de 19 ppm, en las muestras examinadas, para los modelos de estudio.
3.3 Análisis de resultados
El TBN, tiene una reducción entre el 25 y el 32%, esta reducción está relacionado a la oxidación, formación de ácidos producto de la calidad del combustible vinculado al contenido de azufre. El límite crítico es del 20% de reducción. Acorde a estudios de Tormos (2013) y Antamba (2018), existe una reducción de las propiedades del lubricante, en especial, si existe la presencia de mayor azufre en el combustible. Acorde a Fernández-Seal et al (2018), la calidad del combustible afecta en gran medida en la reducción del calcio y el fósforo; así mismo, la calidad del combustible afecta en gran medida la reducción del calcio y magnesio, generándose compuestos ácidos producto de la mala combustión y bajas temperaturas de operación, razón por la cual, se puede optar por acelerar los cambios de lubricante en los motores. En este caso, la concentración de zinc, vinculada a las condiciones antidesgaste, se reducen entre un 38% a 42%, está relacionado con la evidencia de reducido partículas de hierro, aluminio y silicio, contado en las muestras de aceite usado de los motores analizados. En este aspecto, el intervalo de mantenimiento es idóneo para los motores, como también las características del aditivo antidesgaste. Las cantidades de zinc y fósforo combinadas reducen el efecto del desgaste químico y la tendencia de desgaste corrosivo y abrasivo. Los estudios desarrollados por Macíán at al. (2003), muestran resultados semejantes en el comportamiento de los aditivos de los lubricantes.
4. Conclusiones
El efecto de los cambios de temperatura propios de la operación del motor de encendido provocado se muestra en el comportamiento de la oxidación y la nitración con respecto a la viscosidad, parámetro de la degradación del lubricante, tanto la oxidación y nitración son apropiados mientras la viscosidad está en el límite crítico, similar al TBN:
La viscosidad del aceite se ve reducida en un máximo de 22%, dentro del intervalo de mantenimiento, por ello, la salud del lubricante se encuentra al límite de su condición operativa.
La cantidad de partículas de hierro, aluminio y silicio son reducidas, por ello, la incidencia de desgaste abrasivo o adhesivo para las piezas móviles del motor es reducida.
Los aditivos tienen una reducción superior al 40%, superándose el límite crítico, indica un funcionamiento apropiado del aceite lubricante, el incremento de reducción se afecta por el contenido de azufre del combustible.
Es necesario, efectuar otros seguimientos para recopilar información que confirmen los datos obtenidos en los motores de los modelos analizados.
