Funcionamiento y Lubricación de motores a gas natura l

Beatriz Leal
Venoco - Venezuela .

El costo de la energía eléctrica y la conservación del medio ambiente ha sido la mayor preocupación en la década de los 90 y, en los albores de un nuevo milenio, ha traído como consecuencia la búsqueda de nuevas fuentes alternativas de energía para la generación de electricidad y del transporte vehicular, que a su vez sean más eficientes, económicas y menos contaminantes.

El uso de motores de combustión interna que operan a gas “GNC”, muy especialmente los motores de cogeneración, ha sido la solución, ya que son muy eficientes en una amplia variedad de aplicaciones industriales y domesticas.

Por otra parte, muchos de los motores que actualmente funcionan a gas han sido producto de la conversión de: Motores a gasolina en el sector automotor, y de motores diesel convertidos a gas natural (el fabricante ha realizado modificaciones en el diseño para el encendido con chispa y comúnmente utilizados en la generación de electricidad), y de motores que funcionan con mezclas diesel/gas natural conocidos como motores duales; estos últimos, son utilizados tanto en el sector automotor como en la generación de electricidad.

Las nuevas y más severas regulaciones ambientales han forzado a los fabricantes de los motores diesel y gasolina a rediseñar y adoptar modificaciones cada vez más sofisticadas, sin tomar en cuenta que la real solución es la utilización del Gas Natural como combustible, con un costo más bajo al compararlo con los precios internacionales de la gasolina libre de plomo, y con los del combustible diesel con bajo contenido de azufre y del bio-diesel.

Venezuela posee reservas de gas natural, probadas y probables, que garantizan un consumo de GNC para 123 años, que permitiría la exportación de los combustibles livianos, ¡ No tienen techo de exportación!. Que sumado a la reducción de la contaminación ambiental y del efecto invernadero, también reduciría los costos del transporte colectivo y de carga, los costos de operación de la industria y de la demanda de energía eléctrica en los sectores industriales.

En todo caso, estos motores requieren lubricantes diseñados especialmente para ellos y para el gas natural que se encuentre en el país.

En las páginas siguientes se resumen los niveles de calidad, pautas de desarrollo, así como información sobre este tema de actualidad.

Toda superficie metálica, por pulimentada que esté, no es completamente lisa y, si frotamos una contra otra sometiéndolas, también a presión, producirá desgaste debido al rozamiento y a la elevación de la temperatura como consecuencia de que las moléculas de cada pieza metálica tienden a soldarse, dando origen a un fenómeno llamado comúnmente “Agarrotamiento o aferramiento”.

La lubricación en el motor tiene por objeto impedir el agarrotamiento y disminuir el trabajo que se pierde por rozamiento. Interponiendo entre las piezas metálicas una película lubricante, las moléculas de aceite se adhieren a ambas superficies, llenando los huecos de las irregularidades, con lo cual, en el movimiento de las piezas, éstas arrastran consigo el aceite adherido a ellas y el rozamiento entre las piezas metálicas es sustituido por el roce de deslizamiento interno del fluido, conocido como Fricción fluida de un lubricante, la cual produce mucho menos fricción y calor entre las piezas metálicas. Si la película de lubricante interpuesta se renueva continuamente, el calor producido con el rozamiento es evacuado con ella.

Así pues, la lubricación en los motores CI tiene los siguientes objetivos:

1. Lubricar los componentes móviles con el fin de disminuir el desgaste, impidiendo el contacto metal- metal.

2. Refrigerar las partes lubricadas evacuando el calor de estas zonas.

3. Aumentar la estanqueidad entre los componentes ya que la película interpuesta entre componentes como pistones y cilindros, mejora el “sellado” entre ambos.

4. Amortiguar y absorber los choques en componentes tales como los cojinetes.

En un motor, cualquiera que sea el sistema de lubricación empleado, debe suministrarse la cantidad de aceite suficiente a todas las partes móviles para realizar el engrase adecuado. El sistema recoge el aceite del cárter mediante la succión ejercida por la bomba y lo envía primero bajo presión al filtro donde quedan depositadas las impurezas, pasando luego al bloque del motor para lubricar a los cojinetes de bancada, pasa a los cojinetes del cigüeñal y los de biela siguiendo el recorrido a través de los conductos del cigüeñal, desde allí llega a la cadena de distribución (cadena de tiempo). También desde el bloque del motor el aceite es enviado al árbol de levas y sus cojinetes, pasando a lubricar a los balancines, válvulas y taquetes, cilindros y pistones.

En los motores encendidos por chispa- “Motores a gasolina y a gas natural (dedicados y/o convertidos)”-, como su nombre lo indica, se utiliza un sistema eléctrico externo para encender la mezcla aire/ combustible existente en el cilindro. Esta mezcla, casi homogénea, es entregada por el sistema de ignición o por el carburador, los cuales controlan la cantidad y por ende la potencia del motor.

En los motores encendidos por compresión- “Motores a diesel y duales diesel/gas”- no existen bujías de encendido, una cantidad casi constante de aire es admitida en la cámara de combustión y comprimida por el pistón; el combustible es inyectado directamente a la cámara, y la temperatura alcanza al final de la compresión es lo suficientemente alta para encender la mezcla. El control de la velocidad y la carga se efectúa mediante la regulación de la cantidad de combustible a ser inyectado.

Motores a GNC dedicados.

En término de lubricación, los requerimientos deben ser subdivididos para motores de dos tiempos y para cuatro tiempos, siendo estos sistemas muy similares a sus afines, los motores diesel y gasolina, con ligeras diferencias dadas por factores tales como: Tipo de motor, tipo de operación (carga y velocidad) y por las especificaciones particulares de los fabricantes.

Motor de dos tiempos:

La oxidación-nitración es la causa más común de deterioro en este tipo de motor, puesto que los nitratos orgánicos, formados en la combustión, pasan a través de las paredes de los cilindros al sistema de lubricación. Estos motores son muy sensibles a las cenizas sulfatadas; excesivos depósitos de cenizas pueden provocar pre- ignición, y hasta pueden bloquear las lumbreras de admisión y de escape, causando disminución de potencia y pobre eficiencia de combustible. Este tipo de motor opera mejor con bajos niveles de cenizas en el aceite.

La mayor causa de degradación del aceite en motores turbo-cargados es la oxidación y en los motores de aspiración natural es la nitración, ambas conducen a degradación del aceite. Esta diferencia se debe a que en los turbo-cargados, las temperaturas a nivel de las camisas de los cilindros exceden los 150° C, temperatura a la cual se descomponen la mayoría de los compuestos orgánicos nitrogenados, que unido a la mayor limpieza del sistema de lubricación (se disponen de dos sistemas de filtración) mantienen al aceite relativamente más limpio. En ambos casos se requieren de aceites con gran estabilidad a la oxidación.

En cuanto al contenido de cenizas, los motores a gas de cuatro tiempos son más críticos que sus afines de gasolina y diesel ya que niveles muy altos de depósitos de cenizas en el sistema de combustión, pueden causar pre- ignición y obstrucción de las bujías, resultando en perdida del encendido y quemado de las válvulas; niveles moderados de cenizas pueden ser beneficiosos, puesto que se pueden formar finos depósitos en las caras de las válvulas que las protegerán a la exposición directa del combustible gaseoso y de la alta temperatura, previniendo la corrosión en caliente.

Hasta hoy, no existen pruebas estándar para la evaluación de desempeño de estos aceites, por ello SAE y ASTM junto con fabricantes de motores, de lubricantes y de aditivos, han conformado un grupo que pretende definir categorías propias y particulares para la lubricación de estos equipos, las cuales piensan introducir próximamente:

- NG-1 motores estequiométricos.
- NG-2 motores “lean- burn”, mezcla pobre.
- NG-3 automotores.

Mientras esto ocurre, los aceites para motores a gas se pueden dividir en cuatro categorías dependiendo del nivel de cenizas sulfatadas que poseen, los cuales son directamente proporcionales al contenido de aditivos a base de sulfonatos o fenatos de Magnesio y/o Calcio.

- Sin cenizas: menor a 0.1% peso (BN 1-3)
- Poca ceniza: 0.1- 0.5 % peso (BN 3-6)
- Mediana ceniza: 0.6- 1.4 % peso (BN 6-12)
- Alta ceniza: mayor a 1.4% peso (BN 13 o más)

Los lubricantes, en su mayoría, contienen aditivos organo-metálicos que proveen propiedades detergentes, dispersantes, antioxidantes y antidesgaste. En los Estados Unidos, existen fabricantes de aceites para un alto % de motores a gas con muy bajo contenido de cenizas, aditivando su aceite solo con Zinc y fósforo, minimizando los detergentes a base de Magnesio/ Calcio.

Por otra parte, existen casos de motores de cuatro tiempos que deben utilizar aditivos en el aceite con base de sulfonatos o de fenatos, aun operando con combustibles agresivos y altas temperaturas, evitando en gran medida la corrosión en caliente y el quemado de válvulas por la formación de una película protectora de cenizas que se le forman en la superficie; pero, el uso de un lubricante con alto contenido de cenizas puede conducir a la formación de depósitos en la cámara de combustión y en los pistones, causantes de pre- ignición, obstrucción de bujías, quemado de válvulas y posiblemente atascamiento de anillos, y en motores de dos tiempos “port plugging” es decir taponamiento.

Los aceites básicos más utilizados para motores a gas son los altamente refinados, del tipo parafínico, ya que proveen de una resistencia adicional al excesivo espesamiento, dando mayor protección a los anillos y a los cilindros. Algunos motores pueden presentar mayor tendencia a formar depósitos de carbón al utilizar este tipo de aceite en condiciones desfavorables de operación, lo cual puede ser minimizado con el uso de aditivos, sobre todo con los nuevos aceites dispersantes, que redistribuyen los depósitos. Claro está, que el motor debe encontrarse en buenas condiciones de operación.

Motores diesel convertidos a GNV Diesel “Conjunto Dual”.

El principio básico de operación del conjunto dual de combustible, es la sustitución de una cantidad de combustible liquido (diesel y en algunos casos combustible pesado), con una cantidad equivalente de combustible gaseoso (gas natural -GNV). La cantidad de gas que se utiliza debe ser tal, que reemplace el valor calorífico en BTU del diesel, sin que se produzcan perdidas de potencia.

Existe una gran variedad de convertidores duales, que generalmente se instalan a la salida del filtro de aire antes del turbo-cargador y/o del múltiple de admisión, donde se mezcla el aire con el gas natural en la relación adecuada para la combustión.

El proceso más empleado para entregar el gas natural se denomina “Fumigación”, pre-mezclando el gas natural con el aire antes que entren al motor, (sin cambiar el diseño original del múltiple de admisión). La mezcla aire/gas es distribuida en forma homogénea y pareja a través del múltiple de admisión y cuando la válvula de admisión de un cilindro se abre, la carga de la mezcla es introducida en el cilindro.

La temperatura que se necesita para la ignición del gas natural, es mucho mayor que la que se requiere para el combustible diesel, por lo tanto la sustitución total del combustible diesel no es posible para la operación normal, puesto que la temperatura generada durante el ciclo de compresión/ ignición (CI) no es suficiente para la ignición del gas natural, requiriéndose una fuente alterna de encendido. Para ello se utiliza el propio sistema de inyección del motor, se inyecta una cantidad reducida de diesel en la cámara de combustión, encendiéndose de la misma forma que en el motor 100 % diesel, y creando un frente de onda para quemar el gas natural; con este sistema se utilizan mezclas donde el combustible diesel esta en el orden del (20 al 35) %. Este método de combustión es conocido como “Piloto de ignición” y tiene la ventaja de mantener el sistema de combustión con la lubricación requerida por el fabricante ya que a través de él continua circulando combustible diesel.

“En los motores a gas, la mezcla gas/ aire se quema en el cilindro al final de la etapa de compresión utilizando una bujía - Spark Ignited- para provocar la ignición, en los motores duales se utiliza la inyección de un piloto de combustible diesel que enciende la mezcla”. Existe un tipo de motor diesel/gas que opera de forma similar al motor diesel donde solo se comprime aire en el cilindro, el gas se inyecta a alta presión al final de la etapa de compresión así como una pequeña cantidad de diesel, es de amplio uso en motores estacionarios, generadores y en servicios de transmisión por tuberías, donde se utiliza un 95% de gas - 5% de diesel.

Con ambos sistemas se ha tenido la ventaja de poder transformar un motor diesel sin incurrir en el gasto, tan costoso para muchas empresas, de adquirir un motor a gas nuevo, sin disminuir la potencia ni sacrificar la principal bondad del motor diesel: “Su eficiencia térmica”. Actualmente están siendo utilizados por muchas empresas de transporte publico, escolares, recolectores de basura, camiones de reparto, tractores y otros, como un mecanismo alterno para disminuir costos de operación en equipos estacionarios y en el cumplimiento de las regulaciones ambientales en los vehículos de transporte. En Venezuela el precio oscila entre los 6.000 a 7.000 U. S, sin el convertidor catalítico ni el sistema de re-circulación de gases de escape, EGR.

Puesto que estos motores pueden ser utilizados indistintamente como motores duales o como motores a diesel, es recomendable ajustarse a los requerimientos de los fabricantes de los equipos, pudiendo escoger la calidad de servicio API correspondiente al aceite diesel con bajo contenido de azufre y bajo nivel de cenizas sulfatadas, que corresponde al uso de un lubricante similar al recomendando para motores a gas con un cierto contenido de aditivos a base de sulfonatos o fenatos de calcio o de magnesio, no mayor al 1% en peso.

La formulación del lubricante ideal para este tipo de operación dual depende, en gran medida, de la composición, contaminantes y % de mezcla de cada uno de los combustibles, requiriéndose de un cuidadoso balance de los aditivos ya que el aceite debe cumplir con los requerimientos de un motor diesel y uno a gas simultáneamente, sin perder de vista los requerimientos particulares del fabricante del equipo original.

La mayoría de los motores diesel que se transforman al sistema dual corresponden a motores de esta última década, usualmente turbo-alimentados, post-enfriados, con sistemas de recirculación de gases de escape y, en algunos casos, con inyección directa por cilindro “CI” de la última generación, todos con requerimientos de lubricación de calidad de servicio API CH-4 y multigrados para los motores en aplicaciones automotrices.

- No hay perdidas de Potencia. El volumen de combustible diesel es sustituido por gas para mantener el mismo valor de BTU requerido por el motor.

- El equipo dual no requiere modificar el sistema normal de ensamblaje del motor. El equipo dual es instalado a la salida del purificador de aire antes del turbo-cargador o del múltiple de admisión, donde se produce la mezcla de aire/gas que ingresará a la cámara de combustión a través de la válvula de admisión. Por lo tanto, no se requiere de fuente o piloto de ignición ya que el pequeño % de diesel es capaz de encender la mezcla; el sistema de combustible no sufre resequedad ya que continua circulando diesel que imparte la lubricidad necesaria.

- Posibilidad de extensión en los periodos de cambio de aceite. Ya que solo se utiliza un 20 o 30 % de combustible diesel, se disminuye la probabilidad del paso de gases (“blow-by”) al sistema de lubricación, causantes de la acidificación del aceite y del consumo de los aditivos.

- Alarga la vida del motor ya que disminuye el % de depósitos carbonáceos en la cámara de combustión a nivel de válvulas y sus asientos. La combustión casi completa del Gas Natural disminuye la cantidad de productos de oxidación en el escape, disminuyendo significativamente las emisiones de humos negros.

NOTA: Aunque parecería muy largo lo escrito en esta sección, considero que es lo mínimo necesario, HAY MUCHO MÁS PARA EXTENDERSE, recuerden que este sistema de conversión es nuevo en nuestro país. Los beneficios ambientales los colocaré a continuación de los motores de gasolina/ GNV.

Motores a gasolina convertidos a GNC.

Igual que los motores diesel convertidos, los motores a gasolina pueden aceptar gas natural como combustible y funcionar de forma dual eficientemente. En la conversión se utilizan, básicamente, dos piezas, el mezclador aire/gas (establece el grado de riqueza de la mezcla) y el variador de avance (ajusta el tiempo de encendido del motor).

Muchas personas, sin conocimiento de causa, señalan que los convertidores dañan los motores, nada más lejos de la realidad; el problema se presenta cuando el motor no está en buenas condiciones de operación (baja compresión, consumo de aceite anormal, sistema eléctrico en malas condiciones, etc.) o cuando no se han calibrado adecuadamente los componentes del convertidor.

Si el mezclador de aire/gas entrega una mezcla muy pobre (menos combustible del requerido), la temperatura descenderá debido a la reducción de gas disponible en la cámara de combustión, con la consiguiente disminución de potencia, pero esto no es de extrañar ya que un motor dedicado a gas (de fábrica) sometido a mezclas pobres presentará las mismas caídas de potencia, indudablemente que un motor que opera en estas condiciones presentará una mejor economía de combustible pero a expensas de una caída de potencia. En el caso de mezcla muy rica, relación en la que se puede extraer mayor potencia, (exceso de gas en la mezcla), ocasionará un incremento en la temperatura de la cámara de combustión, pudiéndose formar varios frentes de llama, fenómeno conocido como detonación que no es más que la auto-ignición de la mezcla en la cámara de combustión causada por el calor y la presión de la carga de combustible, aunque también el tiempo en que la mezcla se ve expuesta a dichas condiciones puede ocasionar el conocido “Pistoneo”: Sonido de martilleo resultado de la vibración de las paredes del cilindro causada por las ondas de presión desarrolladas por una combustión deficiente. La detonación puede llegar a causar serios daños a nivel de cabezas de los pistones, de asientos de válvulas, provocar ralladuras en los cilindros y de ser severo, puede llegar a dañar pistones/anillos y llegar hasta la falda del pistón, por el efecto soplete.

Igual que en los motores exclusivos de gas, un tiempo de encendido o ignición adelantada, aumentará la presión en la cámara de combustión, aumentando la probabilidad de detonación pero muy probablemente pase desapercibido en los primeros momentos debido a las características anti-detonantes del gas, 130 octanos. Aunque no sea evidente el pistoneo, habrá aumento de temperatura en la cámara de combustión que la ira dañando progresivamente.

Por lo tanto solo habrá daños en el motor cuando las dos piezas fundamentales del convertidor estén mal ajustadas.

Muchos habrán oído decir que “la conversión le cristalizó el motor”. Esta expresión se une al glosario de expresiones incultas y Mitos tales como “se me carearon las válvulas”, “se quemó el clutch”, “el motor no quiere prender en la mañana”, o también “el GNV me quemó el motor”.

Para la elaboración de esta recopilación técnica, se han convertido el Venezuela más de 20.000 motores de los cuales el 80% tiene un promedio de vida de 12 años y más de 300.000 Km recorridos, lo que ha sucedido es que al abrir los motores para realizar una reparación, porque el motor llegó al final de su vida útil, se han encontrado con válvulas, pistones y cilindros limpios y sin depósitos y sin cenizas, hasta las paredes de los cilindros están limpias, tipo espejo; lo que sucede se debe a que al quemar gasolina se forman depósitos de carbón, cenizas y residuos de plomo alojados en toda la cámara de combustión, en cambio, al usar GNV con el mismo ciclo de trabajo, urbano de parada/ arranque o de carretera, no se formarán depósitos de carbón y los cilindros se verán limpios como ¡Cristalizados!.

Por otra parte, es importante recordar que muchas piezas de un carburador son sensibles a la resequedad ya que muchos de sus componentes están recubiertos de gomas, y los sellos vienen diseñados para estar sumergidos en combustible, si al final de la operación del motor se dejan totalmente secas las líneas de gasolina (por apagar el motor en GNV), al tratar de encenderlo nuevamente, después de un periodo prolongado (por ejemplo desde la noche a la mañana siguiente), le costará al motor succionar gasolina desde el deposito o tanque. Para evitar este contratiempo es recomendable pasar a gasolina, permitiendo la hidratación de los componentes mencionados y luego apagar el motor, asegurándose así, combustible en el momento del encendido. En los vehículos con inyección no existe este problema ya que el cambio de gasolina a gas y su inverso ocurre automáticamente, cada vez que se enciende el motor lo hace con gasolina y después pasa a gas al superar las 2.500 rpm.

El deterioro del clutch se da principalmente en los taxis, por ejemplo en condiciones de carga de 4 a 6 maletas y de 2 a 4 pasajeros, subiendo desde el Aeropuerto de Maiquetía a Caracas. Con esta carga y un motor relativamente gastado se puede generar deterioro del Clutch cuando el chofer ejerce un doble embrague para obtener la misma potencia que cuando utiliza gasolina. ¡Pero todo auto pierde potencia en estas condiciones!. ¡La perdida de potencia del paso de gasolina a GNV es equivalente a encender el aire acondicionado de su vehiculo!.

Si se compara lo que pasa en un motor cuando usa gasolina y cuando utiliza GNV se tiene:

Con gasolina.

- Se acumula carbón en toda la cámara de combustión.

- Pasa el carbón en forma de hollín al sistema de lubricación del cárter.

- Disminuye la película lubricante en las paredes de los cilindros debido al efecto de dilución de la gasolina.

- Los productos de la combustión, NOx, CO, Plomo, etc, deterioran al escape, carburador y bujías.

- Gran cantidad de gases contaminantes al ambiente.

Con GNV.

- No hay formación de carbón durante la combustión debido a que la misma es casi completa.

- El gas natural no provoca adelgazamiento de la película lubricante en las paredes de los cilindros puesto que es un gas y por lo tanto seco lo cual disminuye la fricción y por lo tanto disminuye el desgaste.

- Aumenta el intervalo de cambio de bujías, escape y de aceite puesto que no están expuestas a contaminantes externos.

- Las emisiones al ambiente están muy por debajo de los límites permitidos.

Por lo tanto, cuando se quemen las válvulas, se dañe un pistón o el cigüeñal, se deberá al uso del vehículo y no al uso de GNV.

NOTA: ¿ Les gustaría que hiciera la comparación de diesel con diesel/dual de forma similar a lo hecho aquí o lo dejo así?

Extensión de la vida útil del motor y su lubricante. Conservación del medio ambiente.

Son muchos los esfuerzos que están realizando los países industrializados para proteger el medio ambiente y el aire que respiramos, particularmente en nuestro país, el Estado Venezolano está promoviendo la utilización del GNV y de la gasolina libre de plomo con el convertidor catalítico de gases de escape con el fin de crear consciencia en la población, así como de leyes y disposiciones de los Ministerios del Ambiente, Minas y Transporte para su utilización en el próximo milenio. A través de esta campaña, ya mucha gente ha podido conocer los beneficios de la conversión de motores a gasolina a GNV, tanto para la protección del motor y de su lubricante, pero muy poco conocen de la conversión dual Diesel/GNV. Si se observan, detenidamente, las emisiones de los vehículos en una avenida o autopista, constatarán que son los camiones y autobuses los más contaminantes; sus emisiones negras y de olor irritante contiene tanto compuestos de nitrógeno (conocidos por NOx), como hidrocarburos (humo negro) y óxidos de carbono (CO), y los desagradables compuestos de azufre (SOx). Todas estas emisiones pueden ser minimizadas a través de la conversión de estos motores diesel a duales con el correspondiente catalizador de gases de escape. Pero no solo la conversión diesel contribuye a mejorar el aire que respiramos, también, ayuda a prolongar la vida del motor y de su lubricante, y disminuye, en gran medida los costos de operación por combustible para las empresas, sean de transporte o industriales.

Ya que este motor es producto de la conversión de un motor diesel a casi un 100% gas, es de esperar que los períodos de drenaje se puedan extender significativamente. Si asumimos que el resto de los sistemas de la unidad, donde esta instalada el motor convertido están en buenas condiciones de operación (admisión, refrigeración y combustión), podríamos pensar que la degradación del aceite vendrá determinada por la vida misma del lubricante, que será tan larga como así lo especifique el proveedor del mismo y un cierto % menor debido al consumo de una pequeña proporción de diesel.

De todos es conocido que el mayor desgaste de un motor ocurre en el arranque, momento en el cual el aceite debe lubricar puntos tan lejanos como el tren de válvulas y las paredes de los cilindros. Los motores convertidos comienzan su operación con solo combustible diesel, impartiendo la lubricidad mínima a nivel de cilindros en ese momento tan crítico, (el sistema convertidor posee una válvula térmica que impide la activación del gas hasta que el motor no llegue a la temperatura de operación normal), por lo tanto el uso del convertidor no generará un desgaste adicional.

Por otra parte, pruebas de laboratorio y en el campo han demostrado que el volumen de combustible “quemado” en un motor diesel determina en gran medida la vida útil de un lubricante. Por ejemplo en un motor Caterpillar turbo-alimentado en buenas condiciones, se pueden consumir 255 galones de diesel por galón de aceite antes de alcanzar el nivel máximo de contaminación de aceite que amerite su remoción; para un motor de aspiración natural se estiman 280 galones de combustible por galón de aceite. Si solo se utiliza un 20% de diesel se podría extender el periodo de cambio de aceite más allá del doble o del triple de los requeridos por CAT.

La determinación de la vida útil de un aceite puede ser determinada realizando análisis de aceite periódico, que indicará a mantenimiento el momento justo para el cambio del aceite. Pudiendo utilizase los criterios de remoción que se delimitan en los motores a gas.

Indudablemente que cuando un equipo es utilizado de forma racional por operadores y sometido a buenas prácticas de mantenimiento, se reducen significativamente los niveles de contaminación que pueden ocasionar desgaste y si además, disminuimos la probabilidad de formación de depósitos que ocasiona la operación con combustible diesel (hollín, barniz, laca y gases ácidos blow-by), tendremos un aceite con menor degradación y un motor sujeto a menor corrosión, pudiendo extender la vida útil del mismo más allá del especificado por el fabricante.

Con la finalidad de analizar el impacto del uso del gas natural sobre los motores, se conformó un equipo de representantes del “Gas Research Institute”, “Caterpillar Inc.”, “Clean Air Partners”, y “Power Systems Associates”, a fin de evaluar el comportamiento y durabilidad del motor, y vida del lubricante en motores de servicio pesado, convertidos con el sistema dual diesel/gas. El ensayo se realizó en un motor Caterpillar modelo 3176B de 10.3 litros convertido al sistema dual con inyección piloto de combustible diesel durante un periodo de 1.000 horas. El comportamiento del motor fue evaluado a lo largo del ensayo, y su lubricante analizado a intervalos regulares; la durabilidad del motor incluyó el desarme de todas las piezas con inspecciones visuales y dimensionales de los componentes críticos.

En cuanto a la durabilidad, encontraron que no existía desgaste atípico, es más, la condición de muchos componentes sugirió un incremento en la vida del motor; en el comportamiento del motor, se evaluaron 94 características cada cuatro horas, de los cuales ¡ningún resultado! indicó disminución del rendimiento al ser comparado con los resultados del motor 100% diesel que se estaba utilizando como patrón. En relación de los análisis de aceites realizados cada 50 horas de operación, sugirieron que los intervalos de drenaje podían ser extendidos, y confirmaron que el desgaste de los metales se había reducido indicando mayor vida para el motor.

Por lo tanto su conclusión fue:

“Los ensayos de durabilidad, rendimiento, comportamiento y de análisis de lubricante en un motor diesel convertido al sistema dual Diesel/GNV, indican mayor durabilidad, intervalos de servicio más largos y reducción de costos en lubricantes al ser comparado con un motor diesel”.

Laboratorio de análisis de aceite.

Un programa de análisis desarrollado para el mantenimiento preventivo, evita paradas costosas de su motor y extiende la vida útil de los mismos a través de la evaluación de la “sangre que circula por él” y que, en gran medida, refleja las condiciones de operación y de mantenimiento.

El aceite es en el motor, lo que la sangre en el cuerpo humano.

La evaluación de partículas metálicas en suspensión, producto de desgaste, por contaminación o por degradación de aditivos permiten conocer el grado de desgaste de la muestra de aceite sometido a evaluación y, el seguimiento o monitoreo, determinará la condición futura así como el momento apropiado para que mantenimiento programe y ejerza acciones correctivas, sin paradas inoportunas y costosas para las empresas.

La evaluación de la condición del lubricante determina el momento justo en el cual el lubricante ha perdido su capacidad de proteger al motor, además, a través de los resultados se puede evaluar las condiciones de operación de los equipos periféricos al sistema de lubricación (sistemas de enfriamiento, combustión, admisión y escape) que pueden estar afectando el desempeño del aceite y del motor.

Si bien existen límites o valores condenatorios para muchos de los parámetros que se evalúan en una muestra de aceite usado, los mismos dependerán del tipo de motor (muchas veces hasta de la marca y modelo), del tipo de servicio y de los combustibles utilizados, por lo que las decisiones de mantenimiento y los periodos de cambio de aceite deberán basarse en las tendencias encontradas mediante la evaluación frecuente de los aceites, tomando los límites condenatorios sólo como guía o referencia.

Como un ejemplo de los beneficios que se obtienen al trabajar con un programa de análisis de aceites usados, a continuación se hace referencia a la interpretación de resultados de un motor a Gas.

Análisis de aceites usados en motores a gas.

Las pruebas que se realizan frecuentemente son: Análisis metálico por emisión por RDE, viscosidad Cinemática, AN/ BN, evaluación por espectro infrarrojo (oxidación, nitración, agua, carbón, aditivos antidesgaste, etc.).

- Evaluación de la Viscosidad Cinemática:

Un incremento en la viscosidad en estos motores es usualmente debido a la presencia de productos de oxidación, nitración y/o a la degradación del aceite por extensión en los periodos de cambio, por altas temperaturas de operación, bajas temperaturas de enfriamiento de las camisas, por mezcla inapropiada o por ingreso de gases productos de la combustión (blow- by); Contaminantes tales como: polvo, insolubles o partículas de desgaste, pueden espesar al aceite, causando un incremento significativo de la viscosidad. Un descenso en esta propiedad no es usual ya que no existe la posibilidad de dilución por combustible, aunque al utilizar aceite multigrado, especialmente en equipos automotores, es posible un descenso leve en la viscosidad debido a que el aditivo mejorador del índice de viscosidad puede sufrir cizallamiento (rotura del polímero con que está hecho el aditivo mejorador de Índice de Viscosidad) en las primeras horas de operación sin consecuencias en el motor ya que ha sido previsto por el fabricante del lubricante y del motor.

- Contaminación con agua:

Agua puede estar presente en el aceite por condensación de los gases de combustión o por fugas del refrigerante, siendo ambas causantes de degradación acelerada del lubricante ya que se producen lodos y ácidos corrosivos. Existen muchos métodos para determinar este contaminante, siendo el “crakcle test o crepitación” el más empleado y aunque de carácter cualitativo es muy útil a nivel de campo. Si en el análisis espectrométrico se encuentran presentes sodio y boro, es recomendable revisar el sistema de enfriamiento; Silicato de sodio y metaborato de potasio, son utilizados como inhibidores. De utilizar glicol, en el refrigerante, puede evaluarse a través del análisis por infrarrojo donde se pueden determinar fácilmente tanto el glicol como el agua.

- Oxidación y nitración:

- Insolubles en pentano y en tolueno:

La diferencia entre las cantidades de ambos, es indicativo de oxidación en el aceite. Los insolubles en tolueno están compuestos mayormente de material carbonaceo, polvo, tierra y partículas de desgaste. Los insolubles en pentano consisten en productos de oxidación orgánica. La experiencia de muchos operadores ha demostrado que en motores en condiciones normales de operación es bajo el nivel de insolubles.

- BN:

Esta prueba es utilizada para monitorear la pérdida de la alcalinidad de un aceite, pero en motores a gas su utilidad ha sido cuestionada ya que el azufre esta prácticamente ausente en el combustible.

- AN:

Prueba utilizada en lubricantes industriales tales como en turbinas y en hidráulicos, que generalmente no utilizan detergentes. Pruebas en motores a gas que operan con combustible del tipo libre de azufre “sweet- gas”, han demostrado que valores de AN de 2.5 a 4.0 por encima del valor del aceite virgen operan sin problemas.

- Análisis espectrométrico por emisión (ESA):

El análisis por emisión es el método mas utilizado para determinar el desgaste, contaminación y deflexión de aditivos metálicos en un aceite usado. Los mas empleados son los equipos de emisión por disco rotativo (RDE) y por plasma (ICP), ambas técnicas son excelentes, pero la de RDE es mas utilizada debido a que son portátiles y a sus menores costos de operación. Nuevamente, es importante destacar, que “Las concentraciones metálicas y sus límites dependen significativamente de la marca, modelo, tipo de servicio, intervalos de drenaje de aceite y del filtro, de la capacidad del cárter, etc.”. Las concentraciones metálicas inicialmente son bajas y se van incrementando con las horas de operación; un incremento rápido en alguna de ellas sugerirá un incremento en la velocidad de desgaste y posiblemente una condición anormal de operación.

Afortunadamente, son sólo unos pocos los análisis que se requieren para este tipo de motores en servicio, siendo muy similares a los ensayos para motores a diesel y los que se utilizan en el sistema dual diesel- gas. La mayor diferencia está en los contaminantes derivados de la naturaleza del combustible, tales como agua, polvo atmosférico, material carbonáceo, combustión, y partículas de desgaste. Si se cumplen las normas de muestreo los contaminantes reflejarán las condiciones de operación a la que esta sujeto un motor. Es importante tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

- Bajas temperaturas de enfriamiento y/o cortos e infrecuentes periodos de operación pueden condensar agua en los gases de combustión.

- Sistemas de admisión de aire en mal estado permiten el ingreso de aire sin filtrar cargados de polvo, tierra y otros contaminantes que debido a su alto poder abrasivo promueven el desgaste a nivel de la cámara de combustión (especialmente en las paredes de los cilindros) y luego al sistema de aceite con resultados que pueden llegar a ser catastróficos ya que podrían provocar ralladuras a nivel de cojinetes y/o bocinas.

- Una combustión pobre produce caída de potencia, humo por el escape y carbón en el aceite, el cual debería ser dispersado por los aditivos y atrapado por el sistema de filtración.

- En cuanto a las partículas metálicas, se producen lentamente bajo condiciones normales de operación a lo largo de la vida útil del equipo, pero en presencia de los contaminantes antes señalados se acelera el proceso de desgaste.

- Altas temperaturas y falta de ventilación durante el servicio promueven la oxidación, se incrementa la viscosidad promoviendo la formación de barnices y lodos.

- Compuestos productos de la combustión, ácidos y NOx, promueven la degradación del aceite (depósitos y barnices) y la corrosión metálica.

- Falta de ventilación del cárter (filtros en mal estado y/o presión diferencial incorrecta), impide la remoción de agua que normalmente se evapora a la temperatura de operación del motor.

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Este seminario es una parte extremadamente importante de cualquier programa de la lubricación de la confiabilidad. El curso contiene información valiosa, el instructor era muy amistoso y dedicó el tiempo necesario para contestar a todas las preguntas a cualquier nivel de maestría. -- Jimmy Coltrain, Reliability Coordinator, Weyerhaeuser