La economía de combustible (con alta protección del motor)

Baja viscosidad y alta calidad: una conjunción muy difícil de lograr. Es mucho más difícil lograr una protección de un motor a plena carga con lubricantes de baja viscosidad.

En notas anterioreshicimos referencia a los prometedores avances en lo relativo a la Economía de Combustible que se obtienen con los aceites de baja viscosidad y bajas cenizas (los que tienen menorcantidad de aditivos metálicos).También describimos cómo las nuevas especificaciones internas de los fabricantes superan y opacan a nuestras conocidas del API o ACEA.
Ahora debemos enlazar los dos conceptos, para entender mejor por qué surge la nueva línea de lubricantes Mobil™ para vehículos livianos.

Primero es necesario mencionar a las mayores dificultades que se presentan con los aceites de baja viscosidad para tener éxito en los rigurosos ensayos de dinamómetro. Inevitablemente, la tendencia al desgaste con películas lubricantes más delgadas será mayor. Este efecto, lógicamente, es más notorio con el motor caliente, ya que, como hemos puntualizado muchas veces, los aceites “livianos” achican mucho el tiempo de funcionamiento en seco de las piezas críticas del motor en los primeros minutos desde el arranque.

Conviene también aclarar que no todos los conjuntos sufren el desgaste más acentuado con estos aceites SAE 5W-20 ó 5W-30. Por ejemplo, el árbol de levas y sus seguidores, cualquiera sea su tipo, deslizantes o de rodillos, tienen enormes presiones entre las piezas, del orden de 21000 Kgr/cm2, bajo las cuales los metales se deforman elásticamente (es decir transitoriamente y recuperan la forma inmediatamente una vez que se abandona la zona de alta carga).En esas condiciones tiene lugar la lubricación Elastohidrodinámica, identificada como EHL. Es una película muy delgada, pero ante estas presiones brutales, el aceite aumenta extraordinariamente su viscosidad (para poder estimarlas se usan complejas ecuaciones potenciales, con múltiples variables). A los aceites minerales y sintéticos “se les va la mano” en su aumento y por ellos generan mucha fricción y alta temperatura. Por su lado, los sintéticos de baja viscosidad no sólo protegen adecuadamente a las piezas, separándolas con muy finas, pero resistentes películas lubricantes, sino que promueven la economía de combustible, disminuyendo sensiblemente la fricción y la temperatura.

Por supuesto que no todos los sintéticos son iguales: aquellos formulados con bases del Grupo III, como los usados en nuestra segunda línea de Sintéticos 100% (Mobil Super 3000™ X1 5W-40, Mobil Super 3000 XE 5W-30 y Mobil 3000 Formula D1 5W-30) y también por toda la competencia local, no se comparan con los extraordinarios resultados de la línea Mobil1™. Es que las bases exclusivas Polialfaolefinas, Esteres y otras, contienen moléculas que se deforman extraordinariamente (efecto reológico especial), sumando a la viscosidad un efecto complementario para la disminución de la fricción.

Para no adentrarnos en conceptos demasiado teóricos, veamos gráficamente resultados obtenidos en un ensayo de motor específico para el desgaste. Los aceites son caracterizados por la viscosidad HTHS, que es la que representa a las condiciones dinámicas que tenemos en los cojinetes estándar con el motor en carga (velocidad del eje y juegos) y la temperatura es de 150°C.

Puede parecer sorprendente, pero los aceites más “livianos” son los que conducen a menores desgastes en las levas de admisión y de escape, cuando se utiliza una formulación balanceada, recurriendo a las mejores bases.

Pero ahora vamos a otro parámetro que es complicado para los aceites de baja viscosidad: el consumo de lubricante. El mismo depende de muchos factores mecánicos.
Nosotros repasaremos los mecanismos en los que las características del aceite son más relevantes.
Para verlo en una forma simplificada, nos referiremos al siguiente esquema:

Vemos las dos vías de ingreso de aceite a la cámara de combustión. En definitiva, este lubricante será consumido en su mayoría, simplemente, porque se quema con el combustible y el aire de admisión. El aceite que entra por las guías de válvulas, “chupado” por el vacío que se genera en la carrera de admisión, representa una cantidad importante dependiendo de la precisión en la fabricación de la guía y de los retenes (que por simplificación del esquema no están mostrados). Evidentemente, un aceite de menor viscosidad a estas temperaturas, de la tapa de cilindros (aproximadamente de 80 a 100°C), favorecerá este flujo perjudicial con mayor consumo. Pero este aspecto ha sido muy cuidado en los muy modernos diseños de motores.

Por otro lado, el vacío de la carrera de admisión, forzará al aceite que moja más las paredes del cilindro. Esa película de aceite, expuesto a las temperaturas aún altas de la cámara de combustión, tiende a evaporarse, integrándose así a la mezcla aire combustible con el funesto resultado de ser quemado.

Una ventaja relativa que tienen los aceites “livianos”, es que el efecto de arrastre por el conjunto de aros de pistón, en la subsiguiente carrera de compresión, es menor, ya que la película es de menor espesor, son recuperados mejor por el aro “rasca-aceite”.
Es interesante entonces ver cómo varía la Volatilidad de aceite (tendencia a evaporarse) por un ensayo denominado Noack, que mide el porcentaje de aceite evaporado en una hora a 250°C.
Una buena sorpresa es que no aumenta necesariamente cuando la viscosidad baja. Esto depende del tipo de base utilizada y de la formulación (de los aditivos bien utilizados en una formulación balanceada).

Así se ve que con viscosidades HTHS de 2,6 cP, que corresponden a un SAE 5W-20 o 0W-20 adecuadamente formulados, se tiene una tendencia a la evaporación MENOR a la de un SAE 10W-40 100% sintético (SAE 5W-40) o un 5W-30.
Esto tiene un límite lógicamente y vemos que para HTHS de 1,8, crece la volatilidad abruptamente y se supera largamente el límite establecido por ACEA, que es de 13%. Estos valores son el desafío para el futuro, para los ya programados aceites 0W-16.
Sin ninguna duda, habrá que esperarse en las formulaciones si se desea utilizar básicos Grupo III, y probablemente al principio, se recurrirá a los básicos avanzados PAO-Esteres (es decir que Mobil 1 será la opción de referencia, con la performance que tratarán de seguir los otros)

El consumo de aceite representa el factor más importante en la formación de depósitos en la cámara de combustión y válvulas, en especial las de escape, pegado de aros, etcétera,lo cual lleva al desgaste del motor. De allí que los diseños de motor y lubricantes hayan sido exhaustivamente ensayados.
Sin embargo, en los últimos tiempos se han detectado fallascomo la Preignición de Baja Velocidad (LSPI, por las siglas en inglés, Low Speed Pre-Ingition). Entre las múltiples causas que se investigan, está la presencia de microgotas de aceite (como líquido) que actúan como disparadores de la preignición.
Este será un factor determinante al diseñar los nuevos motores y los ensayos de dinamómetro relativos. Por supuesto los aceites deberán acompañar esa “alta vara” de calidad.

Por último, nos vamos a referir al desgaste de cojinetes. Desde ya que para el uso de aceites de baja viscosidad el motor debe contar con un diseño adecuado, con huelgos o “juegos” menores. Recordemos que la relación entre estos juegos y la viscosidad del aceite, definirán el flujo del mismo.Debe ser suficiente para el enfriamiento de los cojinetes pero no excesivo, pues de allí se podría salpicar demasiado a las paredes del cilindro, “inundándolas”, lo cual no permite el tiempo suficiente para que los aros rasca-aceite devuelvan el líquido al carter.
Usualmente,la bomba de aceite es más potente y de diseño más cuidado con respecto a sus juegos internos y recirculación del fluido. Por todo esto, en las normas ACEA se indica claramente que el uso de los aceites de baja viscosidad debe ser recomendado específicamente por el fabricante, que algunos diseños no están preparados para ellos.

También el mantenimiento debe ser más cuidadoso, ya que estos cojinetes son más sensibles a la presencia de sólidos abrasivos, como suciedad proveniente de la admisión.

Nuestra primera experiencia con aceites SAE 5W-30 100% sintéticos, con bases hidrocraqueadas, fue la verificación del aceite de primer llenado de las Toyota Hilux en el 2012.
Pudimos acompañar un ensayo de dinamómetro realizado en la planta de Zárate. El mismo tiene una duración de 300hs. con cambio cada 100hs. Los resultados simplemente nos sorprendieron para bien, ya que nosotros sólo estábamos acostumbrados a confiarnos al Mobil 1 ESP Formula 5W-30. Indudablemente, el refinamiento en el diseño del motor tiene la mayor parte del mérito en los resultados, pero nosotros nos sentimos muy orgullosos de nuestro producto, que es el aceite de primer llenado de Toyota.
Resumimos algunos valores de análisis de aceite usado.Por ejemplo, los muy importantes de Viscosidad a 100°C y el de reserva alcalina o “antiácido remanente” como es el TBN. Las variaciones fueron mínimas:

Y en cuanto al desgaste de cilindros (representado por el hierro) y de los cojinetes (representado por el cobre en este caso), no podrían haber sido mejores:

Al fin del asentamiento a 100hs., se produjo el mayor resultado del hierro (25 ppm) que es 4 veces menor que el valor de precaución.
Con respecto a los cojinetes, el asentamiento se produjo a las 200hs., con un valor que rozó los de precaución. Curiosamente notamos un aumento del silicio, que en este caso no provenía del polvo de la aspiración (ambiente cerrado), sino de la metalurgia de los cojinetes, aptos para muy altas presiones.
También notamos un aumento del Molibdeno, que se sumó a la cantidad original del modificador de fricción, y que sugiere un baño por plasma de las caras de fricción de los aros de pistón.

De esta interesante experiencia, surgió una creciente confianza en los aceites de baja fricción y de básicos Grupo III. Ya teníamos un complementoimpresionante de nuestros Mobil 1 ESP Formula 5W-30 y Mobil 1 5W-20.
Más económicos y que superan al más estricto de los requerimientos de un fabricante detallista como Toyota.
Así que muy bienvenidos sean:

• Mobil Super 3000 X1 5W-40.
• Mobil Super 3000 XE 5W-30.
• Mobil Super 3000 Formula D1 5W-30.

Podemos definirlos como los “escuderos” que completan la colección de sintéticos, acompañando a los de primera calidad a nivel mundial:

• Mobil 1 5W-20.
• Mobil 1 ESP Formula 5W-30.
• Mobil 1 0W-40.
• Mobil 1 5W-50.

Por Antonio J. Ciancio

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