La combinación ideal para el Diesel Euro 5

Aceites API CJ-4 y Urea

La motivación más importante para modernizar los motores diésel ha sido, en los últimos años, la reducción de las emisiones tóxicas de escape. En la mayoría de los países, los gobiernos han impuesto rigurosas leyes de protección ambiental que obligan a automotrices y petroleras a mejorar sustancialmente sus productos.

En el año 2016 entró en plena vigencia la norma Euro 5 en Argentina, de estrictos límites para las emisiones tóxicas. Se inicia una nueva era, ya que cualquier vehículo de servicio pesado para transporte, fabricado desde ese 1º de enero, debe estar equipado con motores y sistemas de tratamiento de escape capaces de cumplir con dichos límites.

Un actor principal en las emisiones tóxicas de los motores diésel es el azufre del gas oil, en especial el que contiene el combustible. Sus efectos nocivos no se limitan a su presencia en el aire que respiramos como contaminante, sino que daña enormemente a los sistemas de inyección y también a los dispositivos de postratamiento que se disponen en el sistema de escape. Sus pequeños conductos de materiales especiales se van cubriendo, tapando con depósitos cuya formación es promovida letalmente por el azufre.

Pero también contribuyen a este taponamiento, llamado también “envenenamiento”,  el fósforo y el azufre de los aditivos antidesgaste del aceite, y también los metales que constituyen al aditivo detergente. Lógicamente estos componentes provienen del aceite consumido que se quema junto al gas oil y así llegan, en pequeña cantidad, al sistema de escape y finalmente impactan a los dispositivos de postratamiento, como los catalizadores. En la Figura N° 1 vemos el corte de un catalizador genérico, con sus conductos fabricados en forma de “panal de abejas” de pequeñísimos diámetros, con paredes recubiertas con metales especiales, muy sensibles a la oxidación.

Por eso las últimas normas de API y ACEA, así como las especificaciones de los fabricantes de motores más importantes, tienen una limitación en el contenido del fósforo (0,12% máximo), y también del azufre (0,4% máximo).

Estos límites obligan a reducir la cantidad del aditivo antidesgaste más difundido (basado en cinc, fósforo y azufre) y hay que recurrir a la creatividad de los formuladores para lograr la protección necesaria de los nuevos propulsores.

Los otros metales que fueron limitados son los que están incluidos en los aditivos detergentes, típicamente calcio y magnesio.

Una forma de medir a todos esos metales es controlar a las cenizas sulfatadas, que pesan lo que queda luego de quemar al aceite, en forma controlada y siguiendo un procedimiento formal de laboratorio. La cantidad de ceniza sulfatada es proporcional a las cantidades sumadas de calcio, magnesio, cinc y cualquier otro metal.

Apareció una sigla para las automotrices y petroleras con la que se define a los aceites “low SAPS” que debemos traducir como aceites de bajo nivel de cenizas sulfatadas (SA, por Sulphated Ash) y bajo fósforo (P) y azufre (S)… puede aparecer como una complicación del leguaje.

Veamos ahora una comparativa de los contaminantes que llegan al escape y a los sistemas de postratamiento:

Estos son los valores para un motor Caterpillar de mediano porte, muy usual en nuestro mercado (con un consumo de diésel más que interesante, 224 l/h). Allí se ve que los aceites ESP, con propiedades de Protección del Sistema de Escape (Exhaust System Protection), aportan MENOS contaminantes que el Diesel Euro, y por lo tanto, son ellos los que deben ser usados. Por supuesto que no compensarán el daño que puede producirse al usar Diesel 500 (ver que su acumulado se va de escala, a 9 g/hora). Estos problemas ya se han dado en nuestro mercado, con un acortamiento brutal de la vida del catalizador. La parada del vehículo y la reparación cuestan mucho más que pagar un poco más por el Diesel Euro.

Si vamos más en detalle a la formulación del lubricante, además de crecer la preocupación por el control del desgaste, como vimos más arriba, hay que enfocarse en el tema de disponer de “menos antiácido” para controlar a los productos de la combustión. Esta función principalmente la cumplen las moléculas de detergente, y su “potencial” se mide por el TBN (Número de Basicidad Total), valor que aparece en todas las hojas técnicas del producto. Este TBN va disminuyendo progresivamente con el uso y en buena forma determina el fin de la vida útil del aceite.

Los primeros aceites “low SAPS” tenían un mínimo TBN de 7 y contrastaban con los aceites usuales, con rangos de 10 a 12. Por eso no se los consideró adecuados para nuestro mercado, porque el azufre del combustible era muy alto, del orden de 1000 a 2000 ppm. El azufre le da al combustible la “nociva capacidad” de producir ácidos que corroen y destruyen al motor.

Aún hoy, para ciertas regiones del país, se aceptan contenidos de 1500 ppm (Diesel Grado 2) mientras que en la mayoría de las zonas urbanas el contenido máximo de azufre es de 500 ppm, con lo que se alivia la carga “ácida” de la combustión. Queda por investigar a fondo la influencia real de los biocombustibles al 10%  (como se usa hoy en Argentina), que también generan ácidos orgánicos cuando pasan al cárter… algunos fabricantes recomiendan acortar el período entre cambios de aceite solo por la utilización de B10.

Pues bien, en los modernos aceites “low SAPS”, la investigación y desarrollo dieron sus frutos: las formulaciones robustas de API CJ-4 pueden cumplir con las anteriores API CI-4 y otras normas europeas muy importantes (y para nuestra mayor tranquilidad, el TBN es de 10, satisfaciendo nuestro apego a las tradiciones recurrentes).

La prueba definitiva de la eficacia del “antiácido” o TBN se ve en el estado de las camisas de cilindro. Este ejemplo es impresionante (Figura N° 3):

Camisa de cilindros DD Serie 60, cortada para mejor inspección después de un ensayo de campo de 1.600.000 km. El pulido de camisa es mínimo, notarlo sobre el lado cargado de la misma. La protección es sobresaliente.

Para comparar con los aceites actuales, hemos recurrido a la valoración de las preocupaciones más conocidas de los fabricantes, verificando en qué nivel se satisfacen tras los ensayos de motores en dinamómetro.

El criterio es: cuanto más distancia hay desde el centro del gráfico de telaraña, mejor es la performance para ese parámetro de interés de los fabricantes (Figura N°4).

Como vemos, los parámetros que más nos preocupaban por ser obcecados, como pueden ser el pulido de camisas (es decir cuánto se “barren” las rayas cruzadas del bruñido de fábrica), como el control de los depósitos de pistón y el desgaste, han sido mejorados en mucho con el uso de Mobil Delvac MX ESP (API CJ-4).

Además se dispone de un sintético avanzado a base de PoliAlfaOlefina (PAO), la base con moléculas perfectas por excelencia. El Mobil Delvac 1 ESP 5W-40 supera en mucho a todos estos parámetros de performance, y en especial otorga ventajas en la duración del uso del aceite y en protección. Brinda además un gran potencial de Economía de Combustible, bajando la fricción y la temperatura de operación. Por ejemplo, en una de las condiciones menos favorables para ver esta economía como es el régimen constante en dinamómetro, usando motores CAT 3516, se obtuvo un 1,9% de mejora en el consumo de diésel… ¡eso es mucho dinero ahorrado!

Ahora vamos a detallar al sistema de postratamiento elegido por la mayoría de los fabricantes de nuestro mercado. Es necesario remarcar que en distintos países del mundo existen sistemas más complejos, en general más costosos porque han pasado a normas más exigentes como Euro 6.

-El control de los NOx y las Partículas ha empezado hace más de dos décadas en el mundo. A pesar de que hay otros parámetros a controlar, como el monóxido de carbono (CO) y los hidrocarburos (HC), la realidad es que los motores modernos emiten niveles que son muy inferiores a los límites de las normas. Pero los NOx y las PM se han convertido en los desafíos para los constructores de motores. Veamos un esquema con su evolución, a partir de la ley argentina de 2016, que sigue los lineamientos europeos (Figura Nº 5).

Es de notar que el límite para los gases NOx, óxidos complejos de Nitrógeno, se ha reducido a menos del 50% del valor anterior, con Euro III, mientras que los materiales particulados (PM) se han reducido en ¡5 veces! Recordemos que en nuestro país nunca entró en vigencia la Euro IV para vehículos de transporte.

Hay dos filosofías de diseño en nuestro país, una de presencia minoritaria, como la que eligió VW, que es el EGR (Exhaust Gas Recirculation), que no necesita equipos de postratamiento (ni Urea) pero es muy sensible al nivel de azufre del combustible. Usar el Diesel 500 puede acortar mucho las camisas de cilindro, expuestas a gases del escape que es conducido a la admisión.

El otro diseño se basa en optimizar al motor en sí, como para minimizar a las partículas PM, en general a través de altísimas presiones de inyección, con depurado sistema electrónico de inyección (sin retardo y con varias inyecciones en la carrera de expansión). Un sistema muy utilizado para esta función es el denominado Common-Rail. Esto conduce a muy altas temperaturas de la cámara de combustión, donde se produce mucho NOx bajo esas condiciones (Figura N° 6).

Para cumplir entonces con los NOx de Euro 5, se coloca en el sistema de escape un catalizador de reducción selectiva (SCR) que está específicamente diseñado para anular al NOx, que es el sistema que requiere Urea y es tan sensible al azufre del combustible y a las cenizas del aceite. De hecho, varios fabricantes afirman que con los catalizadores cuyo material activo es el Vanadio, si por error se hace una carga con Diesel 500 (Grado 2), con dos tanques posteriores de Diesel Euro se barren en buena medida los depósitos de este azufre… pero los depósitos de las cenizas del aceite quedan pegadas y ejercen su acción corrosiva. De ahí la necesidad de usar Mobil Delvac MX ESP 15W-40.

Esquema simplificado de la instalación completa (Figura N°7).

 

Así que ya sabe, si desea evitar daños en el catalizador SCR que provoca costosas paradas no programadas, debe usar aceites con normas API CJ-4, como Mobil Delvac MX ESP 15W-40 o Mobil Delvac 1 ESP 5W-40.

Por Antonio J. Ciancio

Ingeniero de Lubricación de AXION energy (Mobil en Arg.). Docente asociado e investigador del Centro Argentino de Tribologia. Comité Técnico de la Cámara Argentina de Lubricantes.

 

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