El aceite limpio reduce el consumo de combustible del motor

Hay muchas maneras en que un lubricante podría no lograr un desempeño eficiente en el consumo de combustible. Muchos de estos se deben a problemas de formulación y no a propiedades transitorias del lubricante en servicio. Por ejemplo, hubo avances significativos en la conservación de energía al cambiar de GF-5 a GF-6 (designación de calidad internacional para lubricantes para motores de gasolina) en 2020 (Figura 1).

Cuando un lubricante se degrada, forma productos de reacción que se vuelven insolubles y corrosivos. De la misma manera, las propiedades originales de lubricidad y dispersancia pueden verse afectadas a medida que el lubricante envejece y se agotan los aditivos. Se ha publicado mucho sobre los riesgos asociados con los drenados de aceite demasiado extendidos y la acumulación de carbono insoluble procedente de la combustión.

Sin embargo, sorprendentemente se ha dicho poco sobre el impacto de los abrasivos finos en un aceite lubricante en relación con el ahorro de combustible durante la vida útil del motor. Se pueden imaginar numerosos escenarios en los que los abrasivos sólidos suspendidos en el aceite podrían disminuir el rendimiento energético óptimo. A continuación se muestra una lista de varios escenarios:

Agotamiento del aditivo antidesgaste

Se ha informado que una alta concentración de hollín en el lubricante de motor afecta el desempeño de los aditivos antidesgaste ZDDP. Algunos investigadores creen que las partículas de hollín y polvo exhiben absorbencias polares y, como tales, pueden bloquear el aditivo AW y disminuir su capacidad para controlar la fricción en los contactos límite (punta de leva, anillo/camisa, etc.).

Pérdidas de eficiencia de combustión

Tarde o temprano, el desgaste causado por partículas abrasivas y depósitos de carbono y óxidos insolubles interferirán con la combustión eficiente en un motor. El desgaste del tren de válvulas (levas, guías de válvulas, etc.) puede afectar la sincronización y el movimiento de las válvulas. El desgaste de anillos, pistones y camisas influye en la eficiencia de la compresión volumétrica y en la combustión, lo que provoca una pérdida de potencia.

Como se informó anteriormente en otro artículo publicado en Machinerylubrication.com, el desgaste inducido por partículas es mayor cuando los tamaños de las partículas están en el mismo rango que el espesor de la película de aceite (Figura 2).

Para los motores a diésel y gasolina, existe una sorprendente cantidad de estudios de laboratorio y de campo que informan de la necesidad de controlar las partículas por debajo de diez micrones. Uno de esos estudios realizado por GM concluyó que “el control de partículas en el rango de 3 a 10 micrones tenía el mayor impacto en las tasas de desgaste y que las tasas de desgaste del motor se correlacionaban directamente con los niveles de concentración de polvo en el cárter”. ¹

Pérdidas por fricción

Cuando las partículas duras del tamaño del claro dinámico rompen las películas de aceite, incluidas las películas químicas límite, se producirá un aumento de la fricción y el desgaste. Un investigador informa que entre el 40 y el 50 por ciento de las pérdidas por fricción de un motor son atribuibles a los contactos anillo/cilindro, y dos tercios de las pérdidas se asignan al anillo de compresión superior. ²

Se ha documentado que existe un nivel extremadamente alto de sensibilidad en la zona del anillo al cilindro del motor a los contaminantes transportados por el aceite y el aire. Por lo tanto, el desgaste abrasivo del área del anillo/cilindro del motor se traduce directamente en una mayor fricción, pérdida de aire, pérdidas de compresión y una reducción del ahorro de combustible.

Pérdidas por agitación de viscosidad

Las partículas de desgaste contribuyen al espesamiento oxidativo del aceite envejecido. La alta concentración de hollín y/o la falta de dispersancia del hollín también pueden tener un gran impacto en los aumentos de la viscosidad del aceite. La fricción interna del fluido relacionada con la viscosidad no solo aumenta el consumo de combustible sino que también genera más calor que puede conducir a la degradación prematura de los aditivos y la oxidación del aceite base.

Pérdidas por adherencia. Los depósitos en la cámara de combustión y en la zona de las válvulas pueden impedir los movimientos en los anillos y en el control de las válvulas. Cuando la contaminación por partículas duras se aglomera con hollín y lodo para formar depósitos adherentes entre las válvulas y las guías, se produce una interferencia tenaz, llamada adherencia. Esto provoca pérdida de potencia. Hace que varíe el tiempo de apertura y cierre de los puertos, lo que provoca una combustión incompleta y riesgo de explosión. Las fases avanzadas de este problema pueden provocar que el asiento de la válvula se queme. ²

Pérdidas de potencia por desgaste de motores Cummins

La Figura 4 muestra un ejemplo de cómo el aumento del desgaste del motor, en este caso debido a drenados de aceite demasiado extendidos, contribuye a la pérdida de potencia (HP) en el motor. A 2100 rpm, con el motor severamente desgastado la potencia en las ruedas disminuyó de 365 HP a menos de 300 HP (18 por ciento). La pérdida de potencia se traduce directamente en pérdidas en la economía de combustible. ³

Un estudio sobre el consumo de combustible del motor de un autobús realizado por G. Andrews, et al. de la Universidad de Leeds (Fig. 5), proporciona evidencia del beneficio asociado con un aceite más limpio en la economía de combustible en una prueba real en carretera. ⁴ Se observó que la eficiencia del combustible del motor Cummins aumentó entre un 2 y un 3 por ciento cuando se utilizó un filtro de flujo parcial de seis micrones junto con un filtro de flujo total. El estudio abarcó 50,000 millas de servicio. El consumo de combustible se calculó basándose en registros detallados de abastecimiento de combustible de la flota.

En un estudio similar realizado por los mismos autores que utilizó filtración de flujo parcial, se logró una reducción del 5 al 8 por ciento en el consumo de combustible en un vehículo de pasajeros Ford con motor diésel 1.8 litros de inyección directa (IDI, por sus siglas en inglés).

Un estudio realizado por J. Fodor y F. Ling del Instituto de Investigación de la Industria Automotriz de Budapest y publicado en la revista Lubrication Engineering (Fig. 6) reveló una marcada mejora en el ahorro de combustible en un motor diésel de seis cilindros equipado con un sistema de filtración mejorado. Al reducir la contaminación del aceite en un 98 por ciento, no solo se logró una reducción de casi el 5 por ciento en el consumo de combustible, sino que también se redujeron el desgaste y la fricción en un 93 por ciento y un 2.9 por ciento respectivamente. ⁵

Emisiones de escape

Cuando el motor consume aceite, debido principalmente al desgaste inducido por los contaminantes, el aceite ingresa a la cámara de combustión, se quema con el combustible y es expulsado con los gases de escape en forma de partículas e hidrocarburos volátiles. Los nuevos lubricantes de base mineral tienen una fracción ligera más volátil y son más propensos a las emisiones de hidrocarburos.

El nivel de emisiones de escape aumenta considerablemente con el tiempo debido al desgaste del motor y a la formación de depósitos en la zona de combustión. Esto conduce no solo a una mayor concentración de partículas de escape, sino también a un mayor porcentaje de hidrocarburos no quemados, un subproducto del consumo de aceite.

A diferencia de un motor nuevo, el aceite lubricante contribuye de manera dominante a las emisiones de partículas en motores viejos. La estrategia obvia para controlar/reducir las emisiones de hidrocarburos es reducir el consumo de aceite. Esto, por supuesto, apunta a una estrategia para reducir la abrasión y el desgaste. Según proyecciones de Barris de Donaldson Co. (Figura 7), después de 12,000 horas de servicio, un motor diésel todoterreno puede producir casi seis veces más emisiones de escape debido al desgaste asociado con partículas y otras causas. ⁶

Conteo de partículas en aceite de motor

La buena gestión del medio ambiente es responsabilidad de todos. Todos nos beneficiamos de un aire más limpio y un medio ambiente más seguro. Además, el impacto financiero que se deriva únicamente de la reducción del consumo de combustible puede ser sustancial. Quizás sea hora de que tanto los fabricantes de equipos originales como los usuarios comiencen a revisar las prácticas de control de la contaminación, incluida la filtración, asociadas con los motores de combustión interna.

Si el aceite limpio es importante para controlar el desgaste y reducir el consumo de combustible y las emisiones, tal vez también sea hora de que los usuarios comiencen a pedir a sus laboratorios que comiencen a informar los conteos de partículas y los códigos ISO 4406 de los aceites usados de motor. Recuerde, si es importante, lo medimos correctamente. Lo que se mide se hace.

Referencias

Staley, D.R. (1988). “Correlating Lube Oil Filtration Efficiencies with Engine Wear”. SAE Truck and Bus Meeting and Exposition (Paper 881825).
Madhavan, P.V. and Needelman, W.M. (1988). “Review of Lubricant Contamination and Diesel Engine Wear”. SAE Truck and Bus Meeting and Exposition (Paper 881827).
McGeehan, J. (2001, September-October). Uncovering the Problems with Extended Oil Drains. Machinery Lubrication magazine (www.machinerylubrication.com), pp. 24-29.
Andrews, G.E., Li, H., Jones, M.H., Hall, J. Rahman, A.A. and Saydali, S. (2000). “The Influence of an Oil Recycler on Lubricating Oil Quality with Oil Age for a Bus Using In-Service Testing”. SAE 2000 World Congress (Paper 2000-01-0234).
Foder, J. and Ling, F.F. (1985, October). Friction Reduction in an IC Engine through Improved Filtration and a New Lubricant Additive. “Lubrication Engineering”. pp. 614-618.
Barris, M.A. (1995). “Total Filtration: The Influence of Filter Selection on Engine Wear, Emissions and Performance”. SAE Fuels and Lubricants (Paper 952557).

Jim Fitch, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América