Lubricación en pistones de motor
Al ser una de las partes críticas del motor, se analizan algunas de las cuestiones principales.
Los lubricantes son evaluados según su comportamiento en distintos componentes del motor. Nos detendremos en esta edición puntualmente en los pistones y en el sistema que forman junto a los aros y cilindros en los motores. Al ser una de las partes críticas del motor, la lubricación en pistones ha sido estudiada extensamente, presentaremos aquí algunas de las cuestiones principales.
* Formación de película lubricante: Como se ha mencionado en otras ocasiones, la formación de la película lubricante depende de factores como la viscosidad del lubricante, la velocidad relativa entre las piezas y la carga ejercida en el sistema. Puntualmente en los pistones, sabemos que la velocidad relativa con la pared del cilindro es cero en el punto muerto inferior (PMI) y superior (PMS), y es máxima durante el recorrido, aunque no exactamente a los 90° de giro. Lo importante es remarcar que cuando la velocidad del pistón sea cero, o muy cercana a cero, se dificultará la formación de una película lubricante. Precisamente en estas zonas es frecuente encontrar mayor desgaste, especialmente en la parte superior, donde a la complicada película se agrega la mayor temperatura, que disminuye la viscosidad. El fenómeno mencionado puede verse en mucho mayor detalle si se busca la curva de Stribeck, que justamente muestra el paso de un régimen de lubricación límite (película delgada) a uno hidrodinámico (película completa de lubricación). La forma de subsanar la delgada película es mediante buenos paquetes de aditivos antidesgaste, que forman películas de protección entre las piezas metálicas.
Movimiento del lubricante entre aros
Tal vez no sea tan conocido el detalle de cómo es el movimiento de aceite entre los aros y entre las distintas partes del pistón. Recorreremos el pistón de arriba hacia abajo comentando los fenómenos que ocurren con el lubricante. Por supuesto la cabeza del pistón y su superficie lateral superior, antes del primer aro, es la zona de mayor exposición a las altas temperaturas, dado que forman parte de la cámara de combustión. Aquí es muy difícil mantener una lubricación óptima, debido a las altas tasas de evaporación. Lubricantes sintéticos soportarán mejor esta situación, precisamente debido a su menor evaporación. Debajo del primer aro de fuego, se forma una leve acumulación de aceite, que debido a la inercia misma del lubricante al subir y bajar el pistón, se mueve de forma longitudinal y es mayor o menor dependiendo del ángulo del cigüeñal. También el lubricante hace un recorrido a lo largo de la circunferencia del pistón. La alta presión ejercida por la combustión, hace que haya pasaje de aceite hacia abajo por los gaps de los aros (blow-by), es decir hacia la zona entre el segundo aro de fuego y el aro rascador. Lo mismo ocurre aquí en cuanto a las inercias empujando el aceite de forma longitudinal y a lo largo de la circunferencia. Parte del aceite permanece líquido y parte se vaporiza, especialmente como se dijo en las zonas de mayor temperatura. Un fenómeno que también ocurre es el flujo de gases invertido, esto ocurre cuando el gas entre los aros mantiene una presión superior a la de la cámara de combustión durante el tiempo de expansión. Todas estas dinámicas del lubricante entre el sistema aro-camisa-pistón, ocurren en milésimas de segundo. Es aquí también donde ocurre el famoso efecto de sellado por usar una mayor viscosidad. Cuando existe desgaste de aros y el consumo de aceite es excesivo, la primera solución a mano siempre es levantar la viscosidad para reducir el pasaje de aceite y el consumo. Esta solución por supuesto no repara el motor, sino que reduce los síntomas y las complicaciones por el nivel de aceite.
Bruñido de cilindros y formación de lacas
El bruñido de los cilindros es ese leve patrón de pequeñas rayas que puede verse especialmente en los cilindros nuevos o bien mantenidos. Estas rayas del bruñido están en ángulo entre sí, y su geometría óptima es fuente de debate entre los fabricantes de motores. Hablaremos de su función, que es la de ayudar a mantener una película de lubricante en el cilindro, evitando que el mismo escurra tan fácilmente. A medida que pasan los kilómetros, el mismo lubricante puede degradarse por las altas temperaturas y formar lacas sobre el bruñido. Estas lacas alisan la superficie, disminuyendo la efectividad del bruñido y favoreciendo el pasaje de aceite entre los aros, lo que es equivalente a decir mayor consumo de aceite y también posibilidad de contaminación del cárter con combustible. Las bases sintéticas Shell PurePlus, se caracterizan por una mínima formación de lacas, debido a estar fabricadas con muy alta pureza a partir del gas natural. Esta ventaja se aplica tanto en Helix Ultra como Rimula sintéticos.
Ahorro de combustible
Las tendencias hacia las bajas viscosidades que vemos en los últimos años, apuntan a buscar ahorros de combustible, debido a la menor fricción interna del lubricante. A su vez, esto aumenta el desafío de los lubricantes en las partes más difíciles del motor, como la recién explicada. Veremos en el futuro cercano viscosidades de 0W-16, llevando al límite estos conceptos, y apostando a nuevas bases sintéticas como Shell PurePlus, junto con aditivos de altísimo rendimiento, para lograr una lubricación confiable, al mismo tiempo que se logra un ahorro de combustible.
Por Bernardo Seguí
Asesor Técnico de Shell Lubricantes
