Aceite para motores diesel

ACEITES PARA MOTORES DIÉSEL DE SERVICIO PESADO Bogotá, Marzo 8, 2012

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Performance you can rely on.

TEMAS DE LA SECCIÓN DE USO PESADO • • • •

Defini Defi nici ción ón de lu lubr bric ican ante tess de us uso o pe pesa sado do Prop Pr opie ieda dades des quí quími mica cass y fís físic icas as de de un ace aceitite e 15W15W-40 40 tí típi pico co Fact Fa ctor ores es que que afe afect ctan an la la form formul ulac ació ión n para para uso uso pes pesad ado o Evol Ev oluci ución ón de la lass es espec pecifific icaci acion ones es pa para ra us uso o pes pesad ado o


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TEMAS DE LA SECCIÓN DE USO PESADO • • • •

Defini Defi nici ción ón de lu lubr bric ican ante tess de us uso o pe pesa sado do Prop Pr opie ieda dades des quí quími mica cass y fís físic icas as de de un ace aceitite e 15W15W-40 40 tí típi pico co Fact Fa ctor ores es que que afe afect ctan an la la form formul ulac ació ión n para para uso uso pes pesad ado o Evol Ev oluci ución ón de la lass es espec pecifific icaci acion ones es pa para ra us uso o pes pesad ado o


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DEFINICIÓN DE ACEITES PARA MOTORES DE USO PESADO • Cump Cumple le con con los los req requi uisi sito toss de de API API CH-4 CH-4,, CICI-4, 4, CICI-4 4 PLU PLUS S o CJ-4 CJ-4.. • Se ut utililiz iza a en equip equipam amie ient nto o para para camin caminos os pavi pavime ment ntado adoss y todot todoterr erreno eno,, y para aplicaciones en camiones de uso pesado. • Se uti utililiza za en en moto motores res que pu puede eden n funci funciona onarr cont contin inuam uamen ente te co con n potencia de salida máxima o casi máxima.


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ACEITE BASE Y COMPONENTES ADITIVOS TÍPICOS UTILIZADOS EN LOS ACEITES DE USO PESADO API CF/CF-2/SJ Monogrado (30) Aceite base (solvente neutro promedio)

API CJ-4/SM Multigrado (15W-40)

De 450 a 500

De 150 a 250

De 175 a 275

Inhibidor de detergente Porcentaje de volumen del paquete

De 10 a 12*

De 12 a 16

De 11 a 14

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

– –

8 –

– 8

* Tratamiento reductor de aditivo API CJ-4


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LUBRICANTES TÍPICOS PARA USO PESADO • Ceniza sulfatada: • De 0,8 % a 1,8 % de peso

• TBN • De 8 a 14

• Metales: • Calcio • Magnesio • Zinc

} Detergentes Antioxidante/antidesgaste

• Grados de viscosidad • • • • • •

15W-40 10W-30 5W-40 10W 30 40 Información confidencial de Infineum

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FACTORES QUE AFECTAN LA FORMULACIÓN DE ACEITES PARA MOTORES DE USO PESADO • • • • • •

Requisitos de OEM Especificaciones de SAE, API, ASTM y el protocolo ACC Especificaciones militares (menor impacto) Básicos Tecnología de aditivos Desempeño en el mundo real (consumo, intervalo de drenaje)


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CAMBIOS EN LOS MOTORES DIÉSEL o 0,60 d a l u c i t r a p e d 0,25 s e n o i s i m E 0,10

Legislación federal sobre las emisiones en carreteras 1988 1988

API CE

1991 1991

2002 (NO x + HC)

0,05 0,01

2002

API CI-4/CI-4 PLUS

0,5

2010

API CJ-4

API CF-4

1

2

2007 API CJ-4

1998 1998

1994 1994

API CH-4

API CG-4

2,5

3

4

10,7

Emisiones de NOx


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EVOLUCIÓN DE LAS ESPECIFICACIONES DE ACEITES PARA MOTORES DE USO PESADO C A P A C I D A D

DISPERSIÓN DEL HOLLÍN

D I S P E R S R I E Ó L N A T D I E V L A

MACK T11

CAPACIDAD ANTIOXIDANTE

Secuencia IIIG MACK T11

Secuencia IIIG API SM

MACK T8E

A N T I O X I D A N T E

Secuencia IIIF MACK T12

CUMMINS M11 EGR MACK T8E

H O L L Í N

CUMMINS M11 MACK T8

MACK T7

API AÑO

CD 1955

CE 1985

MACK T10/Secuencia IIIF

MACK T9/Secuencia IIIE

Secuencia IIIE CF-4 1990

CG-4 1995

CH-4 1998

CI-4 2002

CI-4 PLUS 2004 EGR

SINCRONIZACIÓN RETARDADA


R E L A T I V A

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CJ-4 2006

NIVEL MÍNIMO DE TRATAMIENTO POSTERIOR DE LOS GASES DE ESCAPE


EGR: ¿CUÁL ES LA INQUIETUD? • Los gases de escape contienen SOx, NOx y vapor de agua. • Si se permite su condensación, pueden formar ácido sulfúrico y ácido nítrico en el flujo de EGR. • Los ácidos pueden atacar el múltiple de entrada de aluminio y generar óxido 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 condensación de EGR. • Incluso sin condensación de EGR, las pruebas impulsan un incremento de TBN/ detergencia.

• Motores equipados con EGR tienen mayor carga térmica en el sistema de enfriamiento del vehículo. • El aceite sometido a mayores temperaturas. • Se necesita una mejor estabilidad de oxidación. Información confidencial de Infineum © Copyright INFINEUM INTERNATIONAL LIMITED 2011

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API CI-4 PLUS • En la reunión de DEOAP de junio de 2003, la EMA solicitó formalmente una actualización a la categoría CI-4 de API. • Los datos de pruebas demostraron que el hollín generado en los motores equipados con EGR es más difícil de dispersar que el hollín de T8-E. • Sistema de combustión diferente

• Tras meses de negociación, se llegó a un acuerdo sobre un “Suplemento API” en la reunión de DEOAP de abril de 2004. • Ensayo de motor Mack T11 (control del hollín) • Estabilidad de cizallamiento de 90 ciclos en la prueba Kurt Orbahn

• Licencias disponibles desde Septiembre de 2004.


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ÚLTIMA CATEGORÍA DE USO PESADO: API CJ-4 • En 2007, los límites de emisiones de los motores de uso pesado comenzaron una reducción paulatina hasta alcanzar una décima parte de los límites de octubre de 2002 con respecto al NOx y las partículas. • 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 límites químicos para proteger el sistema de postratamiento de los gases de escape.


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CATEGORÍA 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 válvulas) • Caterpillar C13 (prueba de varios cilindros para depósitos en pistones y consumo de aceite) • Mack T12 (reemplaza a T10)

• La falta de pruebas de rendimiento para la compatibilidad del tratamiento posterior impulsó los límites químicos de ceniza sulfatada, fósforo y azufre (SAPS). • Ceniza sulfatada = 1,0 % máx.; fósforo = 0,12 % máx.; azufre = 0,4 % máx.


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PRUEBAS DE MOTOR PARA EVALUAR LA CALIDAD API CJ-4 Propiedad del lubricante

Prueba

Descripción del motor

Desgaste del anillo y la camisa del cilindro

Mack T-12

Diésel con EGR, multicilíndrico y turboalimentado

Desgaste del tren de válvulas

Cummins ISB Cummins ISM RFWT

Diésel con EGR, multicilíndrico y turboalimentado Diésel GM 6,5 L con cámara de precombustión

Lodo y obstrucción de filtro

Cummins ISM


Depósitos en pistones y consumo de aceite

Caterpillar 1N Caterpillar C13

Diésel monocilíndrico sin EGR Diésel con EGR, multicilíndrico y turboalimentado

Aumento de viscosidad inducida por el hollín

Mack T-11


Control de la oxidación

Secuencia IIIF

GM 3,8 L V-6 a gasolina

Corrosión de cojinetes

Mack T-12


Aireación del aceite de motor

EOAT (HEUI)

Navistar 7.3L V-8

Capacidad de bombeo a baja temperatura del aceite usado

Mack T-11A



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COSTOS TÍPICOS DE LAS APROBACIONES DE API CJ-4 • API CJ-4: Mack T-11 Mack T-12 Cummins ISB Cummins ISM Caterpillar 1N Caterpillar C13 RFWT/ EOAT/ Banco

US$552,000 US$ 71,000 US$116,000 US$ 71,000 US$ 92,000 US$ 27,000 US$150,000 US$ 25,000

Costos calculados Suponen aprobación en la primera instancia. Información confidencial de Infineum © Copyright INFINEUM INTERNATIONAL LIMITED 2011

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LOS ACEITES API CJ-4 CUMPLEN CON LOS REQUISITOS FUTUROS • En la reunión de DEOAP del 28 de enero de 2010, se aprobaron de manera unánime los aceites API CJ-4 para todos los motores con control de emisiones de los vehículos “on-road” y “off-road” de 2010 y futuros. • No será necesaria una nueva categoría hasta, posiblemente, el año 2015.


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OTRAS CATEGORÍAS DE SERVICIO PESADO Especificaciones de OEM •

Mack Trucks Inc. • • •

•

Cummins Engine Co. • •

•

CES 20078 (API CI-4 además de prueba de desgaste Secuencia IIIF y prueba de desgaste del tren de válvulas Mitsubishi) CES 20081 (API CJ-4 con límites de T12, ISM e ISB más estrechos)

Caterpillar Inc. • • •

•

EO-N Premium PLUS (CI-4 con requisitos más 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 más estrictos de T12, ISM, ISB y Volvo D12D)

ECF-1-a (API CH-4 y restricciones de ceniza sulfatada) ECF-2 (API CI-4 o API CI-4 PLUS además 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 además de OM441LA) Información confidencial de Infineum


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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 ó 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 Información confidencial de Infineum



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 diseñadas para satisfacer las necesidades de lubricación de motores EPA US07 • Para alto EGR • Las más severas condiciones operativas para el lubricante • “Back compatible”: tambien puede ser usada donde se recomienda VDS3, 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, aún 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 número de aceites aprobados



ESPECIFICACIONES MILITARES DE SERVICIO PESADO • Combinación de las pruebas de motores diésel y de gasolina con las pruebas de transmisión • 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 categorías requieren pruebas parciales de Caterpillar TO-4 y Allison C4, pero no aprobaciones completas


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FUNCIÓN DE LOS ADITIVOS TÍPICOS PARA ACEITES DE USO PESADO Prueba del motor que refuerza la propiedad

Aditivo

Función

Dispersantes

•Detergencia en motor diésel •Control de lodo y barniz/dispersión de hollín •Obstrucción del filtro •Desgaste del tren de válvulas

Detergentes metálicos

Antioxidantes Agentes antidesgaste Modificadores de viscosidad

•Detergencia en motor diésel •Control de desgaste del cilindro/anillo •Control de la herrumbre •Control de la oxidación •Desgaste de cojinetes

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

•Control de desgaste del tren de válvulas y del cilindro/anillo

6V92TA, T9, T10, T12

•Viscosidad a alta temperatura •Dispersión

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


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

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FORMULACIÓN DE UN PAQUETE DE ACEITES PARA MOTOR DIÉSEL Rendimiento antidesgaste/dispersión de hollín Maximizar el rendimiento de motores diésel

Nivel antioxidante, de viscosidad y de volatilidad del aceite base Requisitos de grado de viscosidad

Protección contra la herrumbre Protección contra el desgaste

Incorporar rendimiento de motores de gasolina

Nivel de ceniza Manejo del lodo

Rendimiento de la transmisión Pruebas de sellos

Otras consideraciones

Limitaciones del cliente Información confidencial de Infineum © Copyright INFINEUM INTERNATIONAL LIMITED 2011

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RESUMEN DE CRITERIOS DE RENDIMIENTO DE LOS ACEITES PARA MOTORES DIÉSEL • • • • •

El control de lodo a baja temperatura no es crítico. La dispersión del hollín a alta temperatura es importante. Se debe controlar que no se peguen los anillos. El desgaste del tren de válvulas es significante. El azufre en los combustibles puede contribuir al desgaste excesivo del anillo y la camisa del cilindro. • La incorporación de las pruebas de EGR a partir de API CI-4, cambió drásticamente la evolución 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, así como nuevos ensayos: • • • •

Caterpillar C13 (motor multi-cilindro para depósitos en pistón y consumo de aceite) Mack T-12 (reemplazo del ensayo Mack T-10) Cummins ISB (nuevo ensayo de desgaste en tren de válvulas ) Cummins ISM (reemplazo del ensayo Cummins M11-EGR)



API CJ-4 vs. API CI-4 Plus (2) • API CJ-4, específicamente para el ensayo del Mack T-11 (hollín), establece 2 niveles adicionales de contenido de hollín por sobre API CI4 Plus: • min % de hollín @ 4 cSt de Increm. de Viscosidad, para tener en cuenta un problema que se presentó en campo con motores Cummins • min % de hollín @ 15 cSt de Increm. de Viscosidad, establecido para evitar el crecimiento de viscosidad exponencial

• Lubricantes API CJ-4 tienen límites químicos para reducir emisiones y prevenir el deterioro de los sistemas de post-tratamiento • Límite de Fósforo 0.12% max • Límite de Cenizas Sulfatadas 1.0% max • Límite de Azufre 0.4% max



API CJ-4 vs. API CI-4 Plus vs. API CI-4 Wear Protection Soot Dispersancy

Piston Cleanliness CJ-4/SM EOO PP07

Oil Consumption

Diesel Oxidation Control

Control

CJ-4/SL EON PP03

CI-4+/SL EON PP03

Gasoline Oxidation Control

DPF Compatibility

CI-4/SL

Bearing Protection Información confidencial de Infineum © Copyright INFINEUM INTERNATIONAL LIMITED 2011


RESUMEN • Los cambios continuos en la legislación de emisiones de gases han tenido un impacto significativo en las piezas mecánicas, los combustibles y los lubricantes. • Las limitaciones químicas de API CJ-4 restringen el uso de varios componentes conocidos para la mejora del rendimiento. • La formulación con niveles reducidos de SAPS y la simultánea mayor protección requerida del motor en API CJ-4, representó un objetivo de formulación difícil, pero los aceites finales son los más robustos de la categoría API para servicio pesado que se hayan desarrollado.

• Varios factores afectan la formulación de aceites para motores de servicio pesado. • Requisitos y especificaciones de OEM según las necesidades del área (importantes) • Especificaciones militares (menor importancia) • Otras especificaciones del sector industrial Información confidencial de Infineum © Copyright INFINEUM INTERNATIONAL LIMITED 2011

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Distribución de Ácidos Grasos en FAMEs

Typical Fatty Acid Distributions of Common FAMEs

C24:0 C22:0

100%

C20:0 C18:0

80% t n e t n o c d i c a y t t a F

C16:0 C14:0

60%

��

C12:0 C24:1 C22:1

40%

C20:1 C18:1 20%

C16:1 C18:2

0%

C18:3 Palm

Pork fat

Rape

Soya

Sunfl.


��


Preocupaciones de Calidad en Combustibles que usan Biodiesel • Preocupaciones en la calidad del diesel han sido identificadas con la introducción del BIODIESEL como componente de la mezcla diesel • Desafíos • 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 • Más higroscópico que el diesel convencional • Mayor potencial para el crecimiento biológico en el almacenaje • Direccionalmente, peor estabilidad térmica y oxidativa • Peor performance a baja temperatura • Procedimientos inadecuados de mezcla pueden exacerbar problemas de performance: “Splash” blending no es ideal Información confidencial de Infineum © Copyright INFINEUM INTERNATIONAL LIMITED 2011


Impacto de la Primera Generación de Biodiesel en los Lubricantes •

Biodiesel se puede acumular en el lubricante • “FAME” tiene una mas baja volatilidad que el diesel del petróleo • Paso de la mezcla de la cámara de combustión al carter (“Blow by”) • Post inyección en el cilindro para regenerar el filtro de particulas diesel (DPF) resulta en los más altos niveles de dilución por combustible al lubricante

•

Estructura química del biodiesel es inherentemente reactiva • Agrega un material químicamente reactivo al lubricante del motor en el carter • Puede resultar en problemas complejos de lubricación • Requiere tecnología apropiada para controlar los efectos del biodiesel

•

Tres potenciales cuestiones han sido identificadas en el biodiesel: • Mayor oxidación del lubricante • Mayores depósitos en pistón • Mayor corrosión

•

Mayores preocupaciones ligadas a la dilución por combustible en los motores diesel modernos equipados con DPF • Menor dilución con biodiesel en motores sin DPF minimisa los riesgos del biodiesel Información confidencial de Infineum



Potencial Impacto de la acumulación de FAME en el lubricante Depósitos en pistón Oxidación del lubricante

Contaminantes del lubricante derivados de los productos de degradación del Biodiesel

Corrosión de metales blandos en las superficies de cojinetes y desgaste Oil sump



ACEITES PARA MOTORES DIÉSEL DE USO PESADO




APÉNDICE




PRUEBA CATERPILLAR 1N


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PRUEBA CATERPILLAR 1N Pistón WDN/TGF

PISTÓN 1N NUEVO

PISTÓN 1N APROBACIÓN LÍMITE


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PISTÓN CATERPILLAR 1P

1P ALUMINIO FERROSO


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PRUEBA DE MOTOR CATERPILLAR 1R


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CUMMINS M11 EGR


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PRUEBA DE DESGASTE DEL PASADOR DE RODILLO (“ROLLER FOLLOWER”)


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PRUEBA MACK T8


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PRUEBA MACK T8


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MACK T10


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PRUEBA DE CORROSIÓN 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 ejecución es de aproximadamente USD 400. • Se elimina el estaño según un criterio de aprobación/desaprobación. • El límite de aprobación/desaprobación del plomo cuenta con un factor de corrección de aproximadamente 4 a 1 debido a problemas con los lotes de cupones de plomo.


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PRUEBA DE CORROSIÓN CUMMINS


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OTRAS CATEGORÍAS PARA USO PESADO API CF • Especificaciones designadas para motores con cámara de precombustión que funcionan en entornos de combustible diésel con altos niveles de azufre. • La prueba 1M se desarrollaba utilizando piezas mecánicas de 1K para pasar aceites monogrado y con TBN alto (de 20 a 30) que la prueba 1K no pudo tolerar. • 1M se dejó de realizar y se optó por la prueba 1G2 modificada. • La prueba 1G2 modificada ahora se llama 1M-PC.


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OTRAS CATEGORÍAS PARA USO PESADO API CJ-2 • Especificaciones para motores de dos tiempos. • Abarca 6V92TA, L38 y 1M-PC con distintos límites que los de CF. • El límite de 1M-PC es un máximo de 100 WTD usando diferentes esquemas de peso de depósitos en comparación con CF. • Es muy difícil alcanzar CF-2 en aceites multigrado.


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Aceite para motores diesel

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