3.2 Universal Invasive Software Composition
3.2.2 Aligned composition algebra
Dos son las razones básicas por las que se produce el consumo del aceite lubricante en el motor:
Debido a pérdidas del fluido en diferentes puntos: a través de las diferentes juntas, respiraderos, orificios de indicador de nivel y de llenado de aceite, etc.
Por la combustión del aceite que pasa entre pistones y cilindros y entre las varillas y guías de las válvulas hacia la cámara de combustión.
El consumo por fugas o pérdidas de diversa naturaleza está relacionado con el diseño del motor y con sus condiciones de utilización (circulación por carreteras accidentadas, elevado régimen medio del motor, nivel de aceite demasiado alto), así como el mantenimiento efectuado.
Centrándonos en los mecanismos de consumo de aceite debido a la combustión del mismo, tal y como se ha comentado, tenemos dos posibles vías de entrada a la cámara de combustión que pasamos a ver mas detalladamente a continuación:
A. Consumo de aceite por el sistema varilla - guía de válvula
Las válvulas deben estar convenientemente lubricadas para impedir el rayado y gripado de las varillas y guías. Por el contrario, cuando entre las varillas de las válvulas pasa una cantidad excesiva de aceite que penetra en las cámaras de combustión o en los orificios de escape se presentan tres problemas:
Un consumo de aceite elevado, con posible formación de humo azul en la tubería del escape (básicamente la aparición de humo azul por el escape se asocia a la combustión del lubricante, aunque en ocasiones parte del combustible sin quemar puede aparecer como humo azul si el tamaño de las gotas es próximo a las 0.5 µm [Macian, V.; 1993]).
Formación excesiva de depósitos de carbono sobre las tulipas de las válvulas o las lumbreras, lo que lleva consigo una modificación en el comportamiento o funcionamiento del motor.
Formación importante de depósitos en las cámaras de combustión de los motores de gasolina, lo que conduce a una rápida elevación de la exigencia en octano, como consecuencia de la actuación de estos depósitos como puntos calientes que produzcan el encendido de la mezcla.Las fugas por las guías de las válvulas pueden llegar a suponer en algunos casos hasta un 75% o más del consumo total de aceite, siendo del 50% un valor medio.
El paso de aceite por el juego varillas-guía de válvulas, tanto de admisión como de escape, se explica así:
Para las válvulas de admisión
Al final del tiempo de escape, la presión en el cilindro es próxima a la presión atmosférica, pero en el colector de admisión reina una depresión elevada. Cuando se abre la válvula de admisión en tanto la válvula de escape no se ha cerrado todavía (cruce de válvulas), los gases de escape se precipitan hacia el colector de admisión. Esta acción, que es muy rápida, puede engendrar alrededor de la varilla de la válvula de admisión una depresión más importante que la propia depresión de admisión. Aparte de este efecto, las fugas de aceite se deben normalmente a la depresión de admisión y al movimiento propio de la varilla en su guía.
El avance al encendido, el ajuste y el reglaje de las válvulas, la depresión en el colector de admisión, así como sus variaciones (por ejemplo por aceleraciones o deceleraciones frecuentes y rápidas) son factores que independientemente de las holguras sobre varillas y guías tienen una gran influencia en las fugas de aceite
Para las válvulas de escape
En el momento de la apertura de las válvulas se produce una depresión transitoria alrededor de las varillas de estas válvulas, causando una aspiración de aceite, añadiendo además el efecto del movimiento propio de la varilla en su guía que además se ve agravado por la alta temperatura de los gases de escape. Cuando se cierra la válvula el efecto simultaneo de la tensión superficial del lubricante y de la gravedad provocan un nuevo aporte de aceite que moja la varilla y la tulipa de la válvula, comenzando de nuevo el efecto anterior.
Para evitar una excesiva perdida de aceite por las válvulas existen dos soluciones posibles:
En un primer paso intentar impedir que el aceite llegue en exceso hacia la zona de las guías y varillas.
Una segunda posibilidad es retirar el exceso de aceite sobre la varilla antes de que este alcance el orificio de la válvula.B. Consumo por el conjunto pistón, segmentos y camisa
Está ampliamente aceptado que existen tres mecanismos principales de consumo de aceite en la zona de segmentadura y camisa del motor [Gulwadi, S. D.; 2000], [Schilling, A.; 1968].
Consumo de aceite debido a la evaporación del mismo.
Paso de aceite por la parte posterior y entre las caras laterales de los segmentos en sus alojamientos.
Arrastre de partículas de aceite de la acumulación de aceite en el segmento de fuego debido a los efectos de inercia.En estos fenómenos se comprende la importancia del papel que juegan los segmentos en el funcionamiento del motor. Estos tienen las misiones de: asegurar la estanqueidad a los gases (fundamentalmente el primer segmento o segmento de fuego); facilitar el retorno de aceite hacia el cárter (tarea asignada fundamentalmente al llamado segmento rascador); y contribuir, en una importante medida, a la evacuación del calor desde el pistón hacia el cilindro.
Por tanto vemos la importancia de la segmentadura en el funcionamiento del motor y en particular sobre el consumo de aceite. Con respecto a su juego en altura, si este es demasiado pequeño reduce el desplazamiento del segmento en su alojamiento lo que puede conducir a un agarrotamiento y posterior pegado del mismo. El juego de fondo o radial, si es demasiado estrecho puede llevar a un pegado rápido del mismo. Finalmente el juego de corte no tiene una influencia apreciable en el consumo de aceite, pero debe ser suficiente en caliente para que las extremidades no entren en contacto, lo que produciría el pegado y ruptura. La forma del corte de los segmentos, normalmente recta, y la distribución de los mismos en el pistón buscando una forma laberíntica para perjudicar el paso de los gases no parece tener excesiva influencia sobre el consumo de aceite.
Características del aceite que tienen influencia sobre su consumo.
Las características principales del aceite que tienen influencia en el consumo son: la volatilidad, la viscosidad y la variación de la viscosidad con la temperatura (índice de viscosidad).
Parece lógico pensar que aceites más volátiles, esto es, con mayor facilidad para dejar evaporar las fracciones más ligeras de los mismos, van a presentar un mayor consumo del mismo en el motor. Utilizando como parámetro representativo de la volatilidad del aceite el punto de inflamación del mismo, aunque este no sea un parámetro excesivamente preciso como medida de la volatilidad del aceite se ha
comprobado que aceites de igual viscosidad sobre ensayos en motor en banco muestran la tendencia anteriormente mencionada, figura 2.12 [Schilling, A.; 1968]. Con los datos que se disponen sobre consumos en motores rápidos Diesel de utilización en barcos se han obtenido resultados muy similares a los anteriores, tal como se presenta en la figura 2.13:
0 100 200 300
50 100 150 200 250 300
Consumo relativo de aceite %
P
unto de inflamación en vaso
abier to, ºC 120 140 160 180 200 220 240 260 280 3 5 7 9 11 13 15
Consumo medio de aceite al periodo de cambio (l)
P unto de i n fl amaci ón en vaso abi e rto, ºC
Figura 2.12. Consumo relativo de diferentes aceites de la misma viscosidad en función de sus puntos de
inflamación en vaso abierto.
Figura 2.13. Consumo medio de aceite al periodo de cambio en función de los puntos de inflamación de los aceites
nuevos, todos ellos SAE 30.
La influencia exacta de la volatilidad sobre el consumo del aceite en servicio es difícil de evaluar, ya que depende de la vida del aceite en servicio, así el consumo puede ser relativamente elevado inicialmente cuando los constituyentes más volátiles del aceite son evaporados, reduciéndose este consumo tras la eliminación de estos compuestos. Después es la viscosidad la que principalmente rige el consumo, pero en este caso hay que tener en cuenta el tipo de base utilizada, en caso de que se trate de un aceite multigrado, ya que si es obtenido a partir de una base muy fluida, esto es, volátil y para obtener el comportamiento de multigrado se le ha aditivado mucho, el consumo será función de la volatilidad de la base.
Influencia de las Condiciones de Funcionamiento
La carga y el régimen del motor tienen su propia influencia en el consumo de aceite. El consumo aumenta con el régimen del motor. A régimen constante, puede disminuir con la elevación de la carga o de la potencia, si la temperatura del aceite permanece más o menos constante. En efecto a cargas bajas las depresiones elevadas que reinan en la admisión actúan sobre las pérdidas de aceite.
El rápido aumento del consumo de aceite con el régimen de motor parece ser debido al hecho de que la cantidad de aceite proyectado por unidad de tiempo
sobre las paredes de los cilindros alcanza un valor tal que la capacidad de barrido de los segmentos rascadores llega a ser insuficiente para poder controlar eficazmente el paso de aceite hacia las cámaras de combustión.
Si a velocidad constante no se observan influencias sensibles en el consumo de aceite por variación de la carga del motor o de la temperatura de aceite, es que probablemente los segmentos siguen siendo capaces de controlar el paso de aceite hacia la cámara de combustión, a pesar de la baja viscosidad que puede adquirir el aceite a altas temperaturas.
Influencia del Estado Mecánico
El estado mecánico de un motor y su evolución con el tiempo tienen igualmente una gran influencia sobre el consumo de aceite. El estado mecánico se caracteriza por un conjunto de juegos y de estados de superficie de las piezas animadas de un movimiento relativo. En un motor nuevo, estas condiciones están fijadas por el constructor dentro de unos límites de tolerancias. Durante el periodo de rodaje, durante el cual se perfeccionan estas condiciones, el consumo específico del aceite puede ser importante, pero como los servicios exigidos al motor son limitados, el consumo en valor absoluto, es relativamente bajo. Una vez acabado el rodaje, son mayores las exigencias de funcionamiento, pero los juegos y estados de superficie han alcanzado su punto óptimo y el consumo de aceite se estabiliza en cierto valor durante un periodo más o menos largo. Más tarde, debido al desgaste que actúa sobre los juegos, formas geométricas y estados de superficie, el consumo de aceite aumenta progresivamente hasta que alcanza un nivel que se juzga como excesivo.
En referencia al control del nivel de aceite lubricante en el motor hay que decir que es una típica acción de mantenimiento sistemático en los mismos, con el consiguiente empleo de recursos en su realización. En orden a reducir el tiempo empleado en la inspección del mismo o la frecuencia de realización de dicha acción podemos encontrarnos con diversas soluciones que aportan fabricantes y usuarios de los motores. Para motores pequeños de automóvil es bastante común actualmente encontrarnos con sistemas de determinación del nivel de aceite en el cárter electrónicos que se presentan sobre la consola del conductor, informando al mismo, cada vez que arranca el motor, del nivel de aceite disponible. En este caso en algunas ocasiones la utilización de este tipo de dispositivos viene dada ante la dificultad de acceso a la típica varilla de control de nivel debido a los problemas de espacio en la colocación del motor. Para motores más grandes de uso en Automoción, y en orden a prolongar las frecuencias de inspección del nivel de aceite en el cárter se emplean sistemas de relleno automático de aceite, tales como
el Nivelmatic o el Oilmaster, los cuales se basan en la utilización de un depósito de reserva auxiliar conectado al cárter de aceite y que mediante la utilización de sondas de nivel detecta este y rellena el mismo cuando cae por debajo del nivel de consigna.