Se sabe que el uso de lubricantes de baja viscosidad es una forma efectiva de lograr mejoras en el rendimiento el combustible.
Una de las vías menos costosas para lograr mejoras en la economía de combustible de los vehículos es a través de cambios en la viscosidad de los lubricantes del motor, es decir lubricantes más fluidos.
Impulsados por regulaciones de emisiones cada vez más estrictas, los OEM´s requieren, por lo tanto, aceites de motor para continuar protegiendo los motores con viscosidades más bajas y emisiones reducidas.
Las diferentes condiciones de operación del motor representan un rango de condiciones de lubricación, y para comprender mejor el impacto total del proceso de lubricación del motor, uno debe comprender cómo funcionan los aceites en estas condiciones.
El enfoque de este blog es presentar como se pueden obtener mejoras en el rendimiento del combustible mediante el uso de menores grados de aceite de motor, cambiando a grados de viscosidad de aceite de motor tan bajos como 0W-XX o 5W-XX.
Aspectos fundamentales a tener en cuenta cuando se desea obtener mejoras en el rendimiento del combustible
Viscosidad Vs. Temperatura
La viscosidad es una medida de la resistencia al flujo. Un aumento en la temperatura resultará en una disminución en la viscosidad (ver Figura 1). La viscosidad no cambia linealmente con la temperatura, es decir, si el aceite se calienta 100ﹾC, su viscosidad disminuirá, pero si se calienta otros 100 ﹾC, es posible que la disminución de viscosidad no sea necesariamente la misma proporción. Además, la velocidad a la que cambia la viscosidad difiere entre los aceites.
Viscosidad & Cizallamiento
Otro cambio que ocurre en la viscosidad del aceite es causado por el cizallamiento. La estabilidad al corte es un término que caracteriza la capacidad de un aceite para resistir el estrés mecánico de fuerzas paralelas opuestas, lo que puede causar una disminución en la viscosidad de forma temporal del aceite y una pérdida de la resistencia de la película de lubricante.
Pérdida de Viscosidad por Cizallamiento
Los fluidos no newtonianos, fluidos de alto índice de viscosidad (HVI), es decir, aceites multigrado y fluidos pseudoplásticos experimentarán una disminución de la viscosidad debido al corte mecánico, sin cambios en la temperatura.
Estos fluidos también se denominan tixotrópicos, por ejemplo, aceites multigrados, es decir, aceites que tienen dos números en sus nombres, como 5W-30 o 10W-30.
La figura 2 muestra un aceite de motor nuevo (línea naranja) y representa el recorrido que hace el aceite a través de un motor en un ciclo y la línea marrón es un aceite usado y es un poco más baja que la línea naranja, ya que el aceite usado generalmente tiene una viscosidad más baja que el aceite nuevo y eso se debe a un corte permanente, una caída permanente de la viscosidad; es una viscosidad irrecuperable. La brecha entre ambas líneas indica por qué 0W no se usa en todas partes: la razón es que otras aplicaciones podrían causar un corte permanente.
El cizallamiento temporal, representado por la caída (de izquierda a derecha) en ambas líneas, muestra la razón por la que se usan aceites multigrado en los motores, para permitir que la viscosidad se reduzca a una viscosidad más apropiada mucho antes de que el calor – propio de los motores de combustión interna – lo lleve a las viscosidades esperadas.
Índice de Viscosidad
El índice de viscosidad (VI) es una medida adimensional, caracteriza el cambio de la viscosidad con respecto a las variaciones de temperatura. Este sistema fue ideado en 1929 por E.W. Dean y G.H.B. Davis el método consistió en comparar el lubricante problema con dos aceites, uno con índice de viscosidad 0 y otro con un índice de viscosidad de 100.
- IV = 0 Peor aceite, nafténico (mayor variación)
- IV = 100 Mejor aceite, parafínico (menor variación).
Una vez que se mejoraron las técnicas de refinación de la materia prima base, se ideó el cálculo de la norma ASTM D2270 para tener en cuenta los aceites con un IV superior a 100. Con la tecnología actual, es raro encontrar un producto formulado con un IV muy por debajo de 100, y muchos más multigrados están logrando un IV cerca de 200.
Es importante tener en cuenta que un IV más alto es una propiedad reológica crítica de un lubricante que influye en las mejoras en el rendimiento del combustible en gran medida.
Clasificación del Aceite del Motor: ¡Conozcamos cuales permiten mejoras en el rendimiento del combustible!
La Tabla 1 muestra la clasificación actual de viscosidad SAE J300 del aceite de motor. Es importante comprender los conceptos de la viscosidad de bombeo y la viscosidad de arranque a diferentes temperaturas.
La Tabla 1 muestra que 5W funcionará tan bien o mejor que un 10W, pero a 5ﹾC más frío.
Grados de Viscosidad SAE para Aceites de Motor
Los SAE más próximos al 0W, muestran viscosidad de arranque más bajas, más fluidas; esto en la medida que se disminuye la temperatura de prueba. Sin embargo, la clave aquí es que los grados más bajos no solo son óptimos para climas más fríos en comparación con los grados más altos de aceites de motor, sino que también son una excelente solución para todo el año.
En unidades de mediano recorrido, los llamados aceites de motor de “invierno” funcionan igual o mejor que los aceites de “verano”, a temperaturas más altas
En Europa, tomando este mismo segmento de unidades, hace tan solo 10 años, algunos fabricantes de automóviles todavía recomendaban el uso de 10W-30 durante todo el año y sugerían que 5W-30 solo se usara si la temperatura ambiente estaba por debajo del punto de congelación.
La recomendación de 10W-30 ha disminuido a favor de 5W-30 para la mayoría de las aplicaciones automotrices, pero es lento para cambiar de 5W-30 a 0W-30, a pesar de que 0W-30 ha estado disponible comercialmente durante décadas. Esto podría deberse al estigma de que los aceites 0W son aceites de invierno perpetuados por demostraciones comunes (ver Figura 4) de que los aceites 0W son aceites para temperaturas bajas.
Una menor viscosidad (una mayor fluidez) permite mejoras en la economía de combustible, y al observar el consumo de energía en un automóvil de pasajeros se puede ver que las pérdidas de energía son inevitables entre todos los componentes principales.
Sin embargo, la mayor cantidad de pérdida proviene de la interfaz anillo/cilindro, en gran parte debido al área de superficie, tampoco hay película hidrodinámica, ni elastohidrodinámica, a lo largo de toda la carrera, ya que el pistón tiene que detenerse, girar y volver repetidamente. En cambio, hay una lubricación límite, lubricación mixta y fluctuación de lubricación hidrodinámica causada por variaciones en la velocidad y la temperatura a lo largo de cada carrera. Es uno de los lugares más difíciles para lubricar eficientemente en el motor.
La Figura 6 muestra una comparación de diferentes viscosidades: 10W-30, 5W-30 y 0W-30, y a una temperatura de 160ﹾC o más da la sorprendente revelación de que el aceite 0W-30 es aproximadamente un 10% más grueso que cualquiera de los otros dos a esa temperatura. Esto se debe al alto IV.
Para que un aceite sea relativamente más delgado que otro a temperaturas frías, pero igual a una temperatura más cálida, debe tener menos variación en la viscosidad con la temperatura. Por lo tanto, a medida que aumenta la temperatura del aceite, no disminuye tanto su viscosidad y proporcionará una mejor película lubricante que puede proporcionar una mejor lubricación (reducir la fricción y el desgaste) y un mejor sellado (aumentar la compresión y la potencia).
Mirando hacia atrás, en la Figura 5, la sección del motor delineada en el cuadrado rojo, si las pérdidas por fricción se redujeran en un 2%, entonces eso podría traducirse en algunos ahorros significativos en combustible.
Los aceites más delgados ofrecen mejoras en la economía de combustible y películas de aceite más gruesas donde sea necesario
Por lo tanto, al comparar, un vehículo que opera en zonas de menor temperatura ambiental versus uno que opera en zona de mayor temperatura ambiental; se debe considerar que cualquiera de los casos ambos motores terminaran operando a la misma temperatura independientemente de las condiciones ambientales.
Esto muestra que la ubicación geográfica y la temperatura ambiente son de poca preocupación en comparación con la temperatura en los puntos severos de lubricación. El 0W-30 y 5W-30 proporcionarían una lubricación superior en áreas críticas como la interfaz anillo/cilindro, en comparación con un 10W-30; así también el 10W-40 versus un 15W-40.
Las condiciones ambientales no necesariamente deben impulsar la selección del aceite del motor.
¿Por qué los aceites de motor son cada vez más delgados? ¿Realmente ofrecen mejoras en el rendimiento del combustible?
La economía de combustible se mejora cuando se usa un lubricante de viscosidad más baja en lugar de un lubricante de mayor viscosidad.
Está bien documentado que con el uso de aceites de motor de menor viscosidad se pueden obtener mejoras en el rendimiento del combustible. Ford y Honda comenzaron a especificar aceites 5W-20 como relleno de fábrica y taller a principios de la década del 2000:
• Ford encontró que 5W-20 disminuye el consumo de combustible en un promedio de 0.6%.
• Honda solo lo hizo para ser “verde”.
CONCLUSION
El aumento de los costos de combustible ha hecho que la eficiencia del combustible sea uno de los temas más importantes para la industria automotriz. Se sabe que el uso de lubricantes de baja viscosidad es una forma efectiva de lograr mejoras en el rendimiento del combustible.
Si mantenemos el mismo segmento comentado en el artículo líneas arriba, el seleccionar el aceite de motor desarrollado para mejorar la eficiencia del combustible del vehículo puede ser tan simple como seleccionar un producto “más delgado”.
Los aceites de motor 0W y 5W están bien formulados para satisfacer las demandas de los motores modernos de hoy en día y brindan una lubricación óptima, protección para las piezas críticas del motor y una película de aceite más “gruesa” donde sea necesario, lo que resulta en mejoras en la economía de combustible independientemente de las diversas condiciones ambientales.
En ISOPETROL poseemos lubricantes para motor de alto índice de viscosidad y con muy buenas características de arranque en frio y aun cuando el mercado nacional no demanda la comercialización masiva de productos SAE 0W-30, si contamos con productos SAE 5W-30 que permiten Mejoras en el Rendimiento del Combustible.
Somos conscientes de que todo evoluciona y este blog tiene ese objetivo; de ir contándole las tendencias que se vienen: LO UNICO CONSTANTE ES EL CAMBIO.
Ref.:
Holmberg, K., Andersson, P. and Erdemir, A. (2012), “Global energy consumption due to friction in passenger cars,” Tribology International.
