Aceite para motores diesel

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Informacin confidencial de Infineum

ACEITES PARA MOTORES DISEL DE SERVICIO PESADO

Bogot, Marzo 8, 2012


TEMAS DE LA SECCIN DE USO PESADO

Definicin de lubricantes de uso pesado

Propiedades qumicas y fsicas de un aceite 15W-40 tpico

Factores que afectan la formulacin para uso pesado

Evolucin de las especificaciones para uso pesado

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DEFINICIN DE ACEITES PARA MOTORES DE USO PESADO

Cumple con los requisitos de API CH-4, CI-4, CI-4 PLUS o CJ-4.

Se utiliza en equipamiento para caminos pavimentados y todoterreno, y para aplicaciones en camiones de uso pesado.

Se utiliza en motores que pueden funcionar continuamente con potencia de salida mxima o casi mxima.

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ACEITE BASE Y COMPONENTES ADITIVOS TPICOS UTILIZADOS EN LOS ACEITES DE USO PESADO

Aceite base De 450 a 500 De 150 a 250 De 175 a 275(solvente neutro promedio)

Inhibidor de detergentePorcentaje de volumen del paquete De 10 a 12* De 12 a 16 De 11 a 14

Mejorador de viscosidad, porcentaje de volumen- No dispersante 8 - Dispersante 8

API CF/CF-2/SJMonogrado

(30)

API CJ-4/SMMultigrado(15W-40)

* Tratamiento reductor de aditivo API CJ-4

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LUBRICANTES TPICOS PARA USO PESADO

Ceniza sulfatada: De 0,8 % a 1,8 % de peso

TBN De 8 a 14

Metales: Calcio

Magnesio

Zinc Antioxidante/antidesgaste

Grados de viscosidad 15W-40

10W-30

5W-40

10W

30

40

} Detergentes

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FACTORES QUE AFECTAN LA FORMULACINDE ACEITES PARA MOTORES DE USO PESADO

Requisitos de OEM

Especificaciones de SAE, API, ASTM y el protocolo ACC

Especificaciones militares (menor impacto)

Bsicos

Tecnologa de aditivos

Desempeo en el mundo real (consumo, intervalo de drenaje)

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Emisiones de NOx

0,5 1 2 2,5 3 4 5 10,7

CAMBIOS EN LOS MOTORES DISEL

7

1988

1991

1998 1994

2002

(NO x + HC)

2010

0,60

0,25

0,10

0,05

0,01

19881988

1991

19981998 1994199420022002Em

i

s

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o

n

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l

a

d

o

2007API CJ-4

API CI-4/CI-4 PLUS

API CI-4/CI-4 PLUS API CH-4API CH-4

API CEAPI CE

API CF-4

API CG-4API CG-4

API CJ-4

Legislacin federal sobre las emisiones en carreteras


EVOLUCIN DE LAS ESPECIFICACIONES DE ACEITES PARA MOTORES DE USO PESADO

DISPERSIN DEL HOLLN

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE

API CD CE CF-4 CG-4 CH-4 CI-4 CI-4 PLUS CJ-4

AO 1955 1985 1990 1995 1998 2002 2004 2006

SINCRONIZACIN RETARDADA EGR

NIVEL MNIMO DE TRATAMIENTO POSTERIOR DE LOS GASES DE ESCAPE

MACK T8E

CUMMINS M11

MACK T8E

CUMMINS M11 EGR

MACK T8

MACK T7Secuencia IIIE

MACK T9/Secuencia IIIE

MACK T10/Secuencia IIIF

MACK T11

Secuencia IIIG

Secuencia IIIG

API SM

Secuencia IIIFMACK T12

MACK T11

8

CAPACIDAD

ANTIOXIDANTE

RELATIVA

RELATIVA

DISPERSIN

DEL

HOLLN


EGR: CUL ES LA INQUIETUD?

Los gases de escape contienen SOx, NOx y vapor de agua. Si se permite su condensacin, pueden formar cido sulfrico y cido

ntrico en el flujo de EGR.

Los cidos pueden atacar el mltiple de entrada de aluminio y generar xido de aluminio (papel de lija), que se introduce en el motor (desgaste del anillo y la camisa del cilindro).

Las condiciones de prueba del motor de API CI-4 establecidas para minimizar la condensacin de EGR. Incluso sin condensacin de EGR, las pruebas impulsan un incremento de

TBN/ detergencia.

Motores equipados con EGR tienen mayor carga trmica en el sistema de enfriamiento del vehculo. El aceite sometido a mayores temperaturas.

Se necesita una mejor estabilidad de oxidacin.

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API CI-4 PLUS

En la reunin de DEOAP de junio de 2003, la EMA solicit formalmente una actualizacin a la categora CI-4 de API.

Los datos de pruebas demostraron que el holln generado en los motores equipados con EGR es ms difcil de dispersar que el holln de T8-E. Sistema de combustin diferente

Tras meses de negociacin, se lleg a un acuerdo sobre un Suplemento API en la reunin de DEOAP de abril de 2004. Ensayo de motor Mack T11 (control del holln)

Estabilidad de cizallamiento de 90 ciclos en la prueba Kurt Orbahn

Licencias disponibles desde Septiembre de 2004.

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LTIMA CATEGORA DE USO PESADO: API CJ-4

En 2007, los lmites de emisiones de los motores de uso pesado comenzaron una reduccin paulatina hasta alcanzar una dcima parte de los lmites de octubre de 2002 con respecto al NOx y las partculas.

No es posible cumplir con estos niveles extremadamente bajos sin un tratamiento posterior de los gases de escape.

EMA propuso una amplia variedad de nuevas pruebas para PC-10 (API CJ-4). Finalmente, se seleccionaron cuatro nuevas pruebas y una prueba de

reemplazo.

Se desarrollaron lmites qumicos para proteger el sistema de pos-tratamiento de los gases de escape.

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CATEGORA API CJ-4

Las licencias de API comenzaron el 15 de octubre de 2006.

Lista de pruebas nuevas: Cummins ISM (reemplaza a M11-EGR)

Cummins ISB (nueva prueba de desgaste del tren de vlvulas)

Caterpillar C13 (prueba de varios cilindros para depsitos en pistones y consumo de aceite)

Mack T12 (reemplaza a T10)

La falta de pruebas de rendimiento para la compatibilidad del tratamiento posterior impuls los lmites qumicos de ceniza sulfatada, fsforo y azufre (SAPS). Ceniza sulfatada = 1,0 % mx.; fsforo = 0,12 % mx.; azufre = 0,4 % mx.

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PRUEBAS DE MOTOR PARA EVALUAR LA CALIDAD API CJ-4

Desgaste del anillo y la camisa Mack T-12 Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado del cilindro

Desgaste del tren de vlvulas Cummins ISB

Cummins ISM Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado

RFWT Disel GM 6,5 L con cmara de precombustin

Lodo y obstruccin de filtro Cummins ISM Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado

Depsitos en pistones Caterpillar 1N Disel monocilndrico sin EGR y consumo de aceite Caterpillar C13 Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado

Aumento de viscosidad Mack T-11 Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado

inducida por el holln

Control de la oxidacin Secuencia IIIF GM 3,8 L V-6 a gasolina

Corrosin de cojinetes Mack T-12 Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado

Aireacin del aceite de motor EOAT (HEUI) Navistar 7.3L V-8

Capacidad de bombeo a baja Mack T-11A Disel con EGR, multicilndrico y turboalimentado

temperatura del aceite usado

Propiedaddel lubricante Prueba

Descripcindel motor

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COSTOS TPICOS DE LAS APROBACIONES DE API CJ-4

API CJ-4: US$552,000

Mack T-11 US$ 71,000Mack T-12 US$116,000Cummins ISB US$ 71,000Cummins ISM US$ 92,000Caterpillar 1N US$ 27,000Caterpillar C13 US$150,000RFWT/ EOAT/ Banco US$ 25,000

Costos calculadosSuponen aprobacin en la primera instancia.

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LOS ACEITES API CJ-4 CUMPLEN CON LOS REQUISITOS FUTUROS

En la reunin de DEOAP del 28 de enero de 2010, se aprobaron de manera unnime los aceites API CJ-4 para todos los motores con control de emisiones de los vehculos on-road y off-road de 2010 y futuros.

No ser necesaria una nueva categora hasta, posiblemente, el ao 2015.

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OTRAS CATEGORAS DE SERVICIO PESADO

Mack Trucks Inc. EO-N Premium PLUS (CI-4 con requisitos ms estrictos de viscosidad y T10, T8-E, M11-EGR,

Secuencia IIIF)

EO-N Premium PLUS 03 (agrega el requisito de T11)

EO-O Premium PLUS 07 (API CJ-4 con requisitos ms estrictos de T12, ISM, ISB y Volvo D12D)

Cummins Engine Co. CES 20078 (API CI-4 adems de prueba de desgaste Secuencia IIIF y prueba de desgaste

del tren de vlvulas Mitsubishi)

CES 20081 (API CJ-4 con lmites de T12, ISM e ISB ms estrechos)

Caterpillar Inc. ECF-1-a (API CH-4 y restricciones de ceniza sulfatada)

ECF-2 (API CI-4 o API CI-4 PLUS adems de C-13 y restricciones de ceniza sulfatada)

ECF-3 (requisitos de CJ-4)

Detroit Diesel Especificaciones de aceites para motor Power Guard 93K214 (API CI-4 PLUS y OM441LA)

93K218 (API CJ-4 adems de OM441LA)

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Especificaciones de OEM


Daimler - Especificaciones claves (MB V2009.1)

Todos los niveles de calidad son definidos por 2 ensayos claves: OM646 DE22LA, y, OM501 LA

MB 228.0/.1 Calidad de entrada, puede ser no apta para vehiculos de pasajeros y motores Euro IV/

V HDD (estabilidad al cizallado DIN de 30 ciclos) MB 228.2/.3

Calidad media para todo motor HDD o LDD (excepto el modelo OM660) sin DPF (estabilidad al cizallado DIN de 30 ciclos)

MB 228.31 Calidad media para todo motor HDD con o sin DPF y motores a gas (GNC)

MB 228.5 Calidad tope para todo motor HDD o LDD sin DPF

MB 228.51 Calidad tope para todo motor HDD o LDD con y sin DPF, incluso motores a gas (GNC)

MB 226.9 Solo para motores a gas, via resultado positivo en ensayo de campo con motor MB a

GNC por read across via field test de MAN (MAN M 3271) No es posible combinar a partir de una fecha dada MB 228.3/228.31 o MB

228.5/228.51


Grupo Volvo - Especificaciones Claves

Volvo VDS-4 : aproximadamente nivel ACEA E9 y API CJ-4 Asi como Mack EO-O Premium Plus/ Renault RLD-3, fueron diseadas

para satisfacer las necesidades de lubricacin de motores EPA US07

Para alto EGR

Las ms severas condiciones operativas para el lubricante

Back compatible: tambien puede ser usada donde se recomienda VDS-3, VDS-2 y VDS (obsoleta)

Volvo VDS-3 : aproximadamente nivel ACEA E7, API CH-4 a CI-4 Plus

Volvo VDS-2 : aproximadamente nivel ACEA E3 (q) y API CG-4 (q)

Volvo VDS : obsoleta


Scania - Especificaciones

LDF hoy con baja prioridad para Scania, an asi aprobaciones son posibles

LDF-2 especificacion de drenaje extendido para motores Euro IV, y puede ser usada para Euro V

LDF-3 definida como adecuado para drenajes super extendidos Muy pocas aprovaciones

LDF Low Ash permite un drenaje normal para motores equipados con trampas de particulas Otras calidades de aceites con SAPS restringidos pueden ser usados con

intervalos de drenajes acortados

Estrictas limitaciones en readacross y la no posibilidad de package approvals limitan el nmero de aceites aprobados


ESPECIFICACIONES MILITARES DE SERVICIO PESADO

Combinacin de las pruebas de motores disel y de gasolina con las pruebas de transmisin

MIL-PRF-2104G/H 2104G equivale aproximadamente a API CG-4/CF + DD

para motor de dos tiempos

2104H equivale aproximadamente a API CI-4 + DD para motor de dos tiempos

Ambas categoras requieren pruebas parciales de Caterpillar TO-4 y Allison C4, pero no aprobaciones completas

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FUNCIN DE LOS ADITIVOS TPICOS PARA ACEITES DE USO PESADO

Aditivo

Dispersantes

Detergentesmetlicos

Antioxidantes

Funcin

Detergencia en motor disel

Control de lodo y barniz/dispersin de holln

Obstruccin del filtro

Desgaste del tren de vlvulas

Detergencia en motor disel

Control de desgaste del cilindro/anillo

Control de la herrumbre

Control de la oxidacin

Desgaste de cojinetes

Control de desgaste del tren de vlvulas y del cilindro/anillo

Viscosidad a alta temperatura

Dispersin

Prueba del motorque refuerza la propiedad

1M-PC, 1K, 1N, 1P, 1R, C13

VG, IIIF, VIII, M11-HST, T8, T11

M11-HST, M11-EGR, ISM

M11-HST, M11-EGR, RFWT, ISM, ISB

1M-PC, 1K, 1N, 1P, 1R, C13

T9, T10, T-12, M11-EGR, ISM

BRT

IIIF, IIIG, T9, T10, T12

VIII, T9, T10, T12

IIIF, IIIG, VG, RFWT, M11-HST, M11-EGR, T9, T10, T12, ISM, ISB

6V92TA, T9, T10, T12

T8, M11-HST, M11-EGR, T11, ISM, ISB

Agentesantidesgaste

Modificadoresde viscosidad

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FORMULACIN DE UN PAQUETE DE ACEITESPARA MOTOR DISEL

Rendimientode la transmisin

Pruebas de sellos

Limitaciones del cliente

Rendimiento antidesgaste/dispersin de holln

Nivel antioxidante, de viscosidady de volatilidad del aceite base

Requisitos de grado de viscosidad

Maximizar elrendimiento demotores disel

Otrasconsideraciones

Incorporarrendimiento de

motores de gasolina

Proteccin contra la herrumbre

Proteccincontra el desgaste

Nivel de ceniza

Manejo del lodo

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RESUMEN DE CRITERIOS DE RENDIMIENTO DE LOS ACEITES PARA MOTORES DISEL

El control de lodo a baja temperatura no es crtico.

La dispersin del holln a alta temperatura es importante.

Se debe controlar que no se peguen los anillos.

El desgaste del tren de vlvulas es significante.

El azufre en los combustibles puede contribuir al desgaste excesivo del anillo y la camisa del cilindro.

La incorporacin de las pruebas de EGR a partir de API CI-4, cambi drsticamente la evolucin de las formulaciones. Requisitos mayores de TBN, dispersantes y antioxidantes.

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API CJ-4 vs. API CI-4 Plus

API CJ-4 usa ensayos de API CI-4 Plus y de CH-4, as como nuevos ensayos:

Caterpillar C13 (motor multi-cilindro para depsitos en pistn y consumo de aceite)

Mack T-12 (reemplazo del ensayo Mack T-10)

Cummins ISB (nuevo ensayo de desgaste en tren de vlvulas )

Cummins ISM (reemplazo del ensayo Cummins M11-EGR)


API CJ-4 vs. API CI-4 Plus (2)

API CJ-4, especficamente para el ensayo del Mack T-11 (holln), establece 2 niveles adicionales de contenido de holln por sobre API CI-4 Plus: min % de holln @ 4 cSt de Increm. de Viscosidad, para tener en cuenta un

problema que se present en campo con motores Cummins

min % de holln @ 15 cSt de Increm. de Viscosidad, establecido para evitar el crecimiento de viscosidad exponencial

Lubricantes API CJ-4 tienen lmites qumicos para reducir emisiones y prevenir el deterioro de los sistemas de post-tratamiento Lmite de Fsforo 0.12% max

Lmite de Cenizas Sulfatadas 1.0% max

Lmite de Azufre 0.4% max


API CJ-4 vs. API CI-4 Plus vs. API CI-4

WearProtection

Piston Cleanliness

Diesel Oxidation Control

Gasoline Oxidation Control

Bearing

Protection

DPF Compatibility

Oil Consumption

Control

Soot Dispersancy

CJ-4/SM

EOO PP07

CJ-4/SL

EON PP03

CI-4+/SL

EON PP03

CI-4/SL

WearProtection

WearProtection

Piston Cleanliness

Piston Cleanliness

Diesel Oxidation Control



Bearing

Protection

DPF Compatibility

DPF Compatibility

Oil Consumption

Control

Soot Dispersancy

Soot Dispersancy

CJ-4/SM

EOO PP07

CJ-4/SL

EON PP03

CI-4+/SL

EON PP03

CI-4/SL


RESUMEN

Los cambios continuos en la legislacin de emisiones de gases han tenido un impacto significativo en las piezas mecnicas, los combustibles y los lubricantes. Las limitaciones qumicas de API CJ-4 restringen el uso de varios

componentes conocidos para la mejora del rendimiento.

La formulacin con niveles reducidos de SAPS y la simultnea mayor proteccin requerida del motor en API CJ-4, represent un objetivo de formulacin difcil, pero los aceites finales son los ms robustos de la categora API para servicio pesado que se hayan desarrollado.

Varios factores afectan la formulacin de aceites para motores de servicio pesado. Requisitos y especificaciones de OEM segn las necesidades del rea

(importantes)

Especificaciones militares (menor importancia)

Otras especificaciones del sector industrial

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Distribucin de cidos Grasos en FAMEs

Los cidos Grasos Saturados afectan las propiedades de flujo en frio, pero no impactan la estabilidad a la oxidacin.

Acidos Grasos Mono-insaturados tienen un bajo impacto en las propiedades de flujo en frio y en la estabilidad a la oxidacin.

Acidos Grasos Poli-insaturados tienen un alto impacto en la estabilidad a la oxidacin

Typical Fatty Acid Distributions of Common FAMEs

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Palm Pork fat Rape Soya Sunfl.

F

a

t

t

y

a

c

i

d

c

o

n

t

e

n

t

C24:0

C22:0

C20:0

C18:0

C16:0

C14:0

C12:0

C24:1

C22:1

C20:1

C18:1

C16:1

C18:2

C18:3


Preocupaciones de Calidad en Combustibles que usan Biodiesel

Preocupaciones en la calidad del diesel han sido identificadas con la introduccin del BIODIESEL como componente de la mezcla diesel

Desafos Amplia variedad de fuentes de materias primas del biodiesel lleva a

variabilidad en la performance

Preparation of Bx blends requires more diligence to achieve homogeneity and consistent performance

Ms higroscpico que el diesel convencional

Mayor potencial para el crecimiento biolgico en el almacenaje

Direccionalmente, peor estabilidad trmica y oxidativa

Peor performance a baja temperatura

Procedimientos inadecuados de mezcla pueden exacerbar problemas de performance: Splash blending no es ideal


Biodiesel se puede acumular en el lubricante FAME tiene una mas baja volatilidad que el diesel del petrleo

Paso de la mezcla de la cmara de combustin al carter (Blow by)

Post inyeccin en el cilindro para regenerar el filtro de particulas diesel (DPF) resulta en los ms altos niveles de dilucin por combustible al lubricante

Estructura qumica del biodiesel es inherentemente reactiva Agrega un material qumicamente reactivo al lubricante del motor en el carter

Puede resultar en problemas complejos de lubricacin

Requiere tecnologa apropiada para controlar los efectos del biodiesel

Tres potenciales cuestiones han sido identificadas en el biodiesel: Mayor oxidacin del lubricante

Mayores depsitos en pistn

Mayor corrosin

Mayores preocupaciones ligadas a la dilucin por combustible en los motores diesel modernos equipados con DPF Menor dilucin con biodiesel en motores sin DPF minimisa los riesgos del biodiesel

Impacto de la Primera Generacin de Biodiesel en los Lubricantes


Potencial Impacto de la acumulacin de FAME en el lubricante

Oil sump

Corrosin de metales blandos en las

superficies de cojinetes y desgaste

Depsitos en pistn

Oxidacin del lubricante

Oil sump

Contaminantes del lubricante derivados de

los productos de degradacin del Biodiesel



ACEITES PARA MOTORES DISEL DE USO PESADO



APNDICE


PRUEBA CATERPILLAR 1N

34


PISTN 1NNUEVO

PISTN 1NAPROBACIN LMITE

PRUEBA CATERPILLAR 1N

Pistn WDN/TGF

35


1PALUMINIO FERROSO

PISTN CATERPILLAR 1P

36


PRUEBA DE MOTOR CATERPILLAR 1R

37


CUMMINS M11 EGR

38


PRUEBA DE DESGASTE DEL PASADOR DE RODILLO (ROLLER FOLLOWER)

39



40



41


PRUEBA MACK T8

42


PRUEBA MACK T8

43


MACK T10

44


PRUEBA DE CORROSIN CUMMINS

La prueba se ejecuta en 168 horas.

Se trata de una prueba propuesta por Cummins para proteger los pernos y los cojinetes del empujador de rodillos. Prueba de banco de los cupones a alta temperatura

El costo de la prueba por cada ejecucin es de aproximadamente USD 400.

Se elimina el estao segn un criterio de aprobacin/desaprobacin.

El lmite de aprobacin/desaprobacin del plomo cuenta con un factor de correccin de aproximadamente 4 a 1 debido a problemas con los lotes de cupones de plomo.

45


PRUEBA DE CORROSIN CUMMINS

46


OTRAS CATEGORAS PARA USO PESADO

API CF

Especificaciones designadas para motores con cmara de precombustin que funcionan en entornos de combustible disel con altos niveles de azufre.

La prueba 1M se desarrollaba utilizando piezas mecnicas de 1K para pasar aceites monogrado y con TBN alto (de 20 a 30) que la prueba 1K no pudo tolerar.

1M se dej de realizar y se opt por la prueba 1G2 modificada.

La prueba 1G2 modificada ahora se llama 1M-PC.

47


OTRAS CATEGORAS PARA USO PESADO

API CJ-2

Especificaciones para motores de dos tiempos.

Abarca 6V92TA, L38 y 1M-PC con distintos lmites que los de CF.

El lmite de 1M-PC es un mximo de 100 WTD usando diferentes esquemas de peso de depsitos en comparacin con CF.

Es muy difcil alcanzar CF-2 en aceites multigrado.

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