Por qué las propiedades térmicas de los aceites de motor son importantes para mantener un motor de auto en buenas condiciones.

Introducción

La calidad del aceite del motor de un vehículo juega un papel crucial en la determinación de la eficiencia de un motor de automóvil, así como en el impacto de su durabilidad y rendimiento. La mayoría del aceite de motor se utiliza en motores de combustión interna con fines de lubricación y refrigeración, por lo que sus propiedades térmicas juegan un papel importante en la determinación de la calidad de un aceite. La función principal del aceite es prevenir la corrosión, ayudar a la limpieza, mejorar el sellado, reducir el desgaste, así como enfriar otras piezas móviles del motor. Muchos aceites de motor tienen una conductividad térmica suficiente para transferir el calor expulsado del motor de un automóvil. Los aceites no utilizados a una temperatura de 60°C exhiben una conductividad térmica de 0.145W/(m/K). La conductividad térmica es solo una de las muchas propiedades térmicas que permiten que el aceite de motor realice sus funciones como refrigerante efectivo del motor.

Propiedades Térmicas

Las propiedades térmicas de un material se refieren a su reacción a un cambio de temperatura después que se encuentra con un gran aumento en la temperatura de su entorno circundante. Un material sólido generalmente absorberá energía en forma de calor y su temperatura y dimensiones aumentarán. Diferentes materiales responderán a la aplicación de calor de maneras diferentes. Algunas propiedades térmicas claves de un material que deben tenerse en cuenta al considerar sus usos potenciales en entornos de alta temperatura incluyen su capacidad calorífica, expansión térmica, conductividad y resistencia térmicas.

Diagrama que muestra la transferencia de calor
Figura 1: Diagrama que muestra la transferencia de calor de un objeto más cálido a uno más frío hasta que se alcanza el equilibrio.

Otras propiedades claves del aceite de motor

Además de la conductividad térmica, la densidad, la viscosidad y la capacidad calorífica específica , los aceites lubricantes, pueden tener un gran impacto en su eficacia como refrigerante de motor. La capacidad calorífica de un material refleja cuánta energía por gramo de sustancia se requiere para producir un aumento de 1 °C de temperatura. Esta propiedad explica por qué el aceite puede calentarse significativamente más rápido que el agua porque la capacidad calorífica del aceite es menor que la del agua, lo que significa que se requiere menos energía para iniciar un cambio de temperatura. Los aceites con un valor de calor específico mayor, requerirán un menor aumento en la temperatura para producir mayor grado de absorción de calor. Importantes investigaciones está en marcha en un intento de aumentar la capacidad calorífica de los aceites de motor para hacerlos más eficientes y tener una mayor vida útil . Aumentar la vida útil de un aceite significaría menos cambios de aceite y chequeos y ahorraría a los propietarios de vehículos tiempo y dinero.

Motor de automóvil
Figura 2: Motor de automóvil.

La densidad del aceite de motor esta en función de la temperatura óptima de funcionamiento de los motores , con la densidad disminuyendo a medida que aumenta la temperatura generada por el motor. El color del aceite del motor puede ser un excelente indicador del deterioro del aceite debido a que el aceite esta sometido a una fuerte experiencia de quemado, causada por las enormes cantidades de calor expulsadas por el motor durante la combustión interna. El calor liberado por un motor durante este proceso puede tener impactos importantes en otras características del aceite como la viscosidad y la densidad.

Conductividad Térmica del aceite de motor

La conductividad térmica y la viscosidad son dos de las características más importantes del aceite de motor, ya que tienen un impacto significativo en el rendimiento general de un motor. La conductividad térmica describe la capacidad de un material para transferir calor. Los materiales con una alta conductividad térmica, como el cobre o la plata, pueden facilitar la rápida transferencia de calor, mientras que los materiales aislantes, como la espuma o el algodón, tardan en tomar y transferir calor en su entorno. El aceite de motor absorberá el calor de las superficies de contacto y lo transportará a otro lugar, como un resrvorio de aceite donde se puede dispersar de forma segura. La mayoría de los aceites están diseñados para ayudar a enfriar una serie de piezas del motor, incluyendo el montaje del pistón, las cabezas y las válvulas. En general, la mayoría de los aceites formulados consisten en un material de base mineral, semi o totalmente sintético combinado con un número variable de aditivos. La calidad de un aceite de motor depende de la base, así como de las propiedades de los aditivos. El aceite de motor está disponible en una gama de grados SAE diseñados para adaptarse mejor al clima donde se está utilizando. La relación entre la conductividad térmica y la eficiencia del motor está fuertemente correlacionada, ya que los aceites de motor con un mayor valor de conductividad térmica tendrán una mayor eficiencia y minimizarán la pérdida por fricción.

Adición de aceite al motor de un automóvil
Figura 3: Adición de aceite al motor de un automóvil

El aceite como lubricante para motor

El aumento de la fricción dentro de un motor puede tener un grave impacto en su funcionamiento general y estado, sin un aceite de motor eficaz, la mayoría de los vehículos se sobrecalentarían rápidamente y experimentarían daños significativos. El aceite es un lubricante extremadamente eficaz que proporciona una barrera de fluidos entre las piezas móviles del motor para evitar fricción y desgaste. Este proceso de lubricación se logra mediante una película delgada que el aceite deja en la superficie de las piezas móviles, lo que les permite deslizarse suavemente durante su funcionamiento. La capacidad de un aceite para permanecer “atascado” y continuar recubriendo el equipo después de un período prolongado de tiempo es un importante factor de prevención del desgaste del motor durante un arranque en frío. Un arranque en frío se refiere a intentar arrancar un motor en temperaturas extremadamente frías o después de que haya estado descansando durante largos períodos de tiempo. Numerosos estudios han indicado que es cuando normalmente se producirán los más daños a un motor.

Propiedades secundarias del aceite de motor

Las propiedades térmicas se utilizan a menudo para caracterizar la eficacia de un aceite de motor, sin embargo, hay algunos otros componentes que también pueden desempeñar un papel en ayudar a que el motor de un vehículo funcione sin problemas. Una de estas propiedades secundarias es la capacidad del aceite para minimizar la corrosión de los componentes internos de un motor. Aunque el aceite de motor no tiene la capacidad natural para resistir la corrosión, a través del uso de aditivos es capaz de formar una barrera entre los componentes clave del motor y el material corrosivo. El aceite también puede actuar como un sello dinámico en lugares como la interfaz de anillo de pistón / cilindro. Un sello dinámico ayudará a mantener los gases de combustión en la cámara de combustión, lo que maximizará la potencia de un vehículo y ayudará a evitar que los gases calientes escapen y contaminen el aceite del motor en el sumidero. Un aceite altamente funcional puede amortiguar eficazmente el golpe del choque mecánico al absorber y dispersar picos de energía en una amplia área de contacto. Una reducción en el choque mecánico extenderá el funcionamiento de los motores.

Aunque el aceite exhibe una apariencia muy sucia en sí mismo, es extremadamente importante para mantener la limpieza general de un motor. Una propiedad clave que promueve este aspecto auto-limpiante del petróleo es su solvencia. La solvencia es la capacidad de un fluido para disolver un sólido, líquido o gaseoso y también puede verse alterada debido a la presencia de aditivos como detergentes o dispersantes. Los detergentes son aditivos que evitan que los contaminantes se adhieran a los componentes del motor específicamente componentes calientes como pistones o anillos de pistón. Los dispersantes ayudan a mantener los contaminantes suspendidos en el fluido y actúan como un disolvente al ayudar al aceite a mantener la limpieza y prevenir la formación de lodo.

Composición del aceite de motor

El aceite de motor está compuesto por una mezcla de aceites base combinados con una variedad de aditivos. Estos materiales trabajan en conjunto para generar el producto final que usted pone en su motor para ayudar a que funcione correctamente. Los aceites base son los que más contribuyen al volumen total de la sustancia y pueden estar hechos de petróleo, materiales sintetizados químicamente o una combinación de petróleo y material sintético que se conoce como mezcla semisintética o sintética.

El petróleo se refina a partir del petróleo crudo y contiene elementos como azufre, nitrógeno, oxígeno y otros componentes metálicos, incluyendo níquel y vanadio, ya que no se pueden eliminar por completo durante el proceso inicial de refinación. Este proceso de refinación tiene como objetivo distinguir varios tipos de moléculas presentes en el aceite de acuerdo a su peso, dejando así moléculas que son similares en tamaño, pero disímiles en estructura.

Figura 4: Refinería de petróleo

El aceite de motor sintético está altamente refinado y diseñado para incorporar solo las moléculas más deseables y beneficiosas, ya que contiene muy pocos componentes que no sirven un propósito específico. Es una sustancia extremadamente versátil y pura, que tiene una estructura molecular muy específica, destinada a proporcionar una mejor reducción de la fricción, optimizar la eficiencia del combustible, la máxima resistencia de la capa y un rendimiento de alto nivel en temperaturas extremas. Los aditivos son otro componente del combustible de motor que ayudan a optimizar su eficiencia y aseguran que está llevando a cabo tareas lo mejor que puede. Algunos ejemplos de aditivos químicos incluyen zinc, fósforo y boro. Encontrar los aditivos perfectos y equilibrados en la relación de aceite x base es un acto complicado para los formuladores de aceite, ya que la tecnología de motor de vehículo se vuelve cada vez más especializada y sofisticada.

Conclusión

El aceite de motor es un material muy impresionante que exhibe algunas propiedades térmicas únicas, así como algunas propiedades químicas deseables que promueven su uso en equipos de motor especializados. Debido a que el aceite de motor es incompresible, es un excelente medio de transferencia de calor y energía que evita que un motor se sobrecaliente y cause daños al vehículo. Los aceites de motor modernos tienen numerosas funciones y trabajos en los que deben sobresalir para satisfacer las crecientes demandas de los consumidores. La composición de estos aceites se está especializando cada vez más a medida que los motores de hoy en día continúan siendo diseñados para ser más pequeños, producir más caballos de fuerza y maximizar la eficiencia del combustible, al mismo tiempo que reducen las emisiones. Estos objetivos aumentan la carga de trabajo en aceites de motor y la demanda en las empresas de producción a medida que continúan estudiando y probando la efectividad de las nuevas relaciones de aceite base a aditivos tratando de encontrar el equilibrio adecuado. El equilibrio correcto de aditivos ayudara a proteger al motor y cada uno de sus componente ,aumentando su duración.

Autora: Kallista Wilson | Escritora técnica junior | Thermtest

Referencias

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Fotos

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Diagram depicting the transfer of heat from a warmer object to a cooler one until equilibrium is achieved. Photo by VectorMine from Shutterstock. Retrieved from https://www.shutterstock.com/image-vector/heat-transfer-physics-poster-vector-illustration-1091469068

Figure 2: Car Engine. Photo by Erik Mclean from Unsplash. Retrieved from https://images.unsplash.com/photo-1593142927747-8c1b758967a6?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=1050&q=80

Addition of oil to a car engine. Photo by Tim Mossholder from Unsplash. Retrieved from https://images.unsplash.com/photo-1487754180451-c456f719a1fc?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=1050&q=80

Oil Refinery. Photo by PiaBay from Pixels.