Una onda muy poco viscosa

Autos de carrera y de calle parecen competir por los aceites de bajísima viscosidad.

Ya llegó el cambio de paradigma: en los 80, la problemática del aceite pasaba por los depósitos, como el llamado “lodo negro”. En las últimas tres décadas, el control de las emisiones dictó cómo debía ser el motor, signando su tecnología. También fue creciente el interés por la Economía de Combustible… pero ahora, tiramos tanto de la cuerda de los aceites de baja viscosidad persiguiendo ese objetivo, que volvimos a tener al desgaste como un actor principal en las especificaciones del motor y del aceite.

Ya mirábamos con un poco de sorpresa las actualizaciones de los grados SAE de viscosidad y ya se habían reavivado nuestros miedos sobre la caída de presión de aceite y el alto consumo potencial. Ambos puntos son fuentes de reclamos recurrentes por parte de usuarios que no están bien entrenados en lubricación automotriz.

Figura 1

En la figura 1, notamos que ahora los Grado SAE “de verano”, o números sin la W de winter (invierno en inglés) ya no se separan solo por escalones en la viscosidad cinemática a 100°C.

Observemos que un aceite que tenga, por ejemplo,KV@100°C= 5,5 cSt, será clasificado como SAE 12 si tiene una altaviscosidad HTHS, a 150°C y alto esfuerzo de corte, como por ejemplo2,0 cP.Pero por el contrario será clasificado como SAE 8 si tiene un HTHS= 1,75 cP

Claro que a eso habrá que agregarle la parte de comportamiento en frío, y quedará definido como SAE 0W-16 o 5W-16.

¡Perdón por dejarmellevar por los tecnicismos de la clasificación! La dura realidad es que estamos hablando de aceites más livianitos que el viejo y querido SAE 10W, muy difundidos, como hidráulicos de equipos de construcción.

¡Ah! Y mucho menos viscosos que los fluidos para transmisiones automáticas, que están en unos 7 cSt para los 100°C en su mayoría, y sólo algunos especiales para Chrysler o Mercedes Benz que tienen unos 4-5 cSt a 100°C, y que fueron diseñados para bajar la fricción en las cajas automáticas, con el objetivo de la economía de combustible.

Mientras tanto nos cae como un sablazo el requerimiento de Toyota por un aceite SAE 5W-16 para dar servicio a la próxima generación de automóviles, agravando la situación de hecho de los dexos1 y dexos2 de General Motors, que ahora van a un SAE 5W-20.

Y, para colmo, el requerimiento de Honda para servicio (ya, ahora) es por un SAE 0W-8 (sí, no me olvidé ningún número).

¿Cómo podremos parar esta pelota?

¿Es esta tendencia tan poco viscosa una herencia de la Fórmula 1?

Bien sabemos que los F1 venían usando desde hace tiempo aceites SAE 0W-30 que se comportaban muy bien a las 18.000 rpm del pasado. Claro que eso cambió con los reglamentos para los V6 con turbo. Veamos la evolución delas especificacionesena figura 2.

Figura 2

Bueno,si bajaron las rpm admisibles quiere decir que las 15.000 nos dan menos oportunidad de formar una buena película que las anteriores 18.000 cuando se trata de baja viscosidad (recuerden que a otras condiciones iguales, mayor velocidad relativa entre las piezas se correlaciona con menor viscosidad).

Pero cuando damos una mirada al “nuevo” actor de la Fórmula 1 nos topamos con el sorprendente régimen de giro del turbo Split que diseñó Mercedes Benz. Las rpm son de 120.000 para trabajo continuo (un turbode auto de calle puede estar en 70.000-80.000). En el arranque,esta bestia mecánicadebe llegar a los 300.000 rpm. En sus pequeños cojinetes se encuentra mucho más “cómodo” un aceite de bajísima viscosidad…

Los nuevos motores de F1 son piezas tecnológicas muy complejas e innovadoras. Combinan un motor de 1.600 cc turbo V6 con dos diferentes sistemas híbridos. Un motor-generador unido al eje trasero (MGU-K) recupera energía cinética en las frenadas, y la almacena en baterías para emplearla posteriormente en aceleración. La energía que puede ser almacenada está limitada por reglamento.

Un segundo motor-generador se encuentra unido al turbo (MGU-H), recuperando energía del eje del turbo. Esta energía puede emplearse para activar al turbo antes de que el piloto acelere, para eliminar el “turbo lag”, o aplicarse directamente a las ruedas traseras para incrementar la potencia. Se puede recuperar con el MGU-H en cantidad ilimitada, por lo que toda la energía que pueda recuperarse del turbo es potencia “gratis” para el motor, de ahí su importancia a la hora de sacar rendimiento de estos nuevos motores.

Observemos el secreto del motor V6 de Mercedes Benz en la figura 3.

Figura 3

Los motores turbo utilizan un compresor (en azul en la fig. 3) y una turbina (en rojo) para generar más potencia que un motor atmosférico del mismo tamaño. Los gases de escape hacen girar la turbina. Y la turbina, mediante un eje, hace girar al compresor, que comprime el aire antes de meterlo al motor. Después ese aire comprimido se hace pasar por un intercooler para enfriarlo y hacerlo más denso para una mayor eficiencia antes de introducirlo al motor.

Normalmente la turbina y el compresor van uno junto al otro, pero Mercedes los ha separado, de forma que el compresor está en la parte frontal del motor y la turbina en la trasera. Esto proporciona varios beneficios: el aire que comprime está más frío, por lo que el equipo puede emplear intercoolers más pequeños, reduciendo peso y ocupando menos espacio. El flujo de aire tiene que recorrer menos distancia a través del compresor y el intercooler para llegar a los cilindros, lo que reduce la pérdida de presión y aumenta la potencia.

Además de reducir la trasferencia de calor entre las dos partes del turbo, tener el compresor y la turbina separados permite montar la MGU-H entre los dos elementos y hacer que uno de ellos o los dos trabajen, por medio de embragues. Esto lo hace más eficiente, porque los gases de escape no tendrán que hacer girar siempre el compresor y/o la MGU-H, o el motor-generador puede hacer girar solo el compresor.

Los equipos clientes de Mercedes no han sido capaces de sacar tanto provecho del motor como el equipo de fábrica, porque no sabían mucho sobre el motor y no pudieron optimizar sus coches alrededor de él. Cuando tuvieron más información sobre el motor, la configuración básica del coche ya estaba definida. Sin embargo Williams, Force India y McLaren están demostrando la gran ventaja con la que cuentan con ese motor.

Ferrari también tuvo la misma idea que Mercedes y su compresor también está separado de la turbina. Pero el equipo italiano no llegó tan lejos como Mercedes: su compresor está sólo a un tercio de distancia a lo largo de la “V” del motor, en lugar de al otro lado. Quizás estuvieron preocupados por poder controlar las vibraciones del eje que une al compresor y ala turbina, que gira a 120.000 rpm. Cualquiera que sea la razón, en Ferrari pueden estar lamentándose de haber tenido la idea clave en el rendimiento de los actuales F1, pero sin llegar tan lejos como podrían haberlo hecho.

Aunque es difícil saberlo con certeza por el secretismo de los fabricantes de motores, se cree que el motorMercedes tiene unos 40CV más que el Ferrari, y que el Ferrari tiene una pequeña ventaja en rendimiento respecto al Renault. El Renault parece ser el perdedor en áreas clave como la potencia, el consumo de combustible y el uso de los sistemas híbridos. Ferrari sufre problemas similares, y la potencia del motor llega de forma demasiado brusca, lo que agudiza sus problemas de tracción saliendo de las curvas. También sufre una falta de potencia máxima, que podría ser resultado de una MGU-H que no es capaz de almacenar la suficiente energía como para mantener el empuje hasta el final de las rectas.

¡Basta de disfrutar de las cosas maravillosas!

Volvamos a mirar nuestras formulaciones: para estas bajas viscosidades, si bien la polialfaolefina (PAO) sigue siendo la reina de las moléculas, la parafina perfecta, su compañera de toda la vida, la molécula de diester (a veces mencionada casi por compromiso como “la colaboradora para ayudar a solubilizar aditivos difíciles como el antidesgaste”)adquiere ahora mayor importancia por su impecable baja volatilidad en esos grados SAE ultralivianos, y además por su naturalmente MUY bajo “coeficiente de tracción”, que mide la fricción negativa que nos resta la energía útil que necesitamos para la potencia del motor.

Si Uds. Se preguntan por qué entonces en el Super TC 2000 usan un aceite “tan pesado” como el Mobil 1 Racing 4T 15W-50, habrá que buscar la respuesta en la brutal caída de viscosidad que provoca la fuerte dilución con combustible: hemos llegado a medir 9,5 % de nafta en el recuperador de aceite…Es que el preparador trata de sacar toda la potencia posible, para lo cual inyecta nafta en exceso…y parte de lo que no se quema va a parar al aceite, superando el laberinto de ranuras y aros de pistón

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.