Hambre de petróleo

Dec 14, 2023

Cuando el aceite no fluye hacia los componentes vitales del motor, los resultados pueden ser catastróficos. Los motores utilizan un sistema de lubricación de circuito cerrado que consiste en el cárter de aceite, el circuito de entrada, la bomba de aceite, la válvula de alivio de presión, el filtro de aceite, las galeras de aceite y el drenaje de retorno. La falta de aceite suele ser una falla en el drenaje de aceite o en la gestión del aceite dentro del motor, según los expertos con los que hablamos para este artículo.

"La piedra angular de cualquier sistema de lubricación es la demanda de aceite del motor", dice Mike Osterhaus, vicepresidente de productos de posventa, Melling Engine Parts. Él explica que la tasa de demanda específica más alta del motor (galones por revolución del motor) está en ralentí caliente. "La bomba de aceite está dimensionada para proporcionar un flujo adecuado en ralentí caliente y el motor proporciona resistencia a ese flujo, lo que genera presión de aceite. A medida que aumenta la temperatura del motor, aumentan los espacios libres internos y se reduce la viscosidad del aceite. Ambos de estos efectos reducen la resistencia del motor, aumentando así la demanda de aceite del motor".

Los problemas de lubricación en los motores de último modelo son relativamente raros en estos días, según Osterhaus, pero el cebado de la bomba de aceite puede ser un problema debido a la ubicación de la bomba. "Rara vez oímos hablar de problemas con los motores de último modelo. Creemos que esto se debe a los bloques y cabezales diseñados para mejorar el retorno del aceite al sumidero. Conductos de aceite dedicados desde las culatas de cilindros hasta el sumidero y bandejas de protección contra el viento que cubren todo el sumidero son típicos en los motores de último modelo. La otra cara de la moneda es que se debe prestar atención a los motores más antiguos para mejorar el drenaje de aceite y asegurar que no se produzca una falta de aceite".

Sin embargo, no todos los motores de último modelo tienen claros los problemas de lubricación, ya que algunos son más propensos a la falta de aceite que otros. "Un par de aplicaciones de último modelo que me vienen a la mente son el GM LS7 y los V8 modulares de Ford", dice Osterhaus. "El diseño original del cárter de aceite del LS7 permitía que el extremo del tubo de recogida quedara expuesto durante las curvas a alta velocidad, lo que provocaba una falta de aceite. Los cárteres de aceite del mercado de accesorios han corregido el problema".

Osterhaus agrega que las bombas de aceite V8 modulares de Ford tienen una placa de cubierta delgada de aluminio en la parte trasera de la bomba de aceite, que es propensa a fugas. "Permite que una parte del aceite de alta presión se descargue hacia la tapa de distribución. Ha causado problemas de inanición ya que el aceite filtrado se mantiene suspendido por las dos cadenas de distribución del árbol de levas en cabeza. Las bombas de aceite modulares Ford de reemplazo y rendimiento de Melling tienen hierro fundido placas de cubierta que eliminan este problema".

Si bien la falta de aceite puede no ser un problema con los motores más nuevos, el cebado de la bomba de aceite puede ser un problema mayor ya que las longitudes del tubo de recolección han aumentado y la ubicación de la bomba de aceite ha cambiado. La bomba de aceite ya no se asienta en el aceite durante los arranques en frío. Debido al diseño, Osterhaus dice que Melling mejoró las características de cebado de la bomba de su último modelo. Pero advierte que los instaladores aún deben asegurarse de cebar correctamente la bomba de aceite y el motor cuando lo encienden por primera vez. Él dice que las modificaciones inadecuadas al colector de aceite pueden resultar en aireación y cavitación.

Verne Schumann, presidente de Ventas y Servicio de Schumann, dice que con el motor LS, el fabricante tiene un par de problemas incorporados. "Puede que esté mejor optimizado para los atributos de consumo de combustible, pero en cuanto a la funcionalidad de la bomba de aceite, dice que termina siendo perjudicial para la causa".

Según Schumann, GM quiere que el capó sea lo más bajo posible, y quieren que la bandeja sea lo más plana posible, mientras intentan optimizar el rendimiento de la gasolina. "El motor termina teniendo que usar un tubo colector muy largo, y luego tienes la bomba de aceite montada lo más alto posible en el motor junto al árbol de levas. Una cosa que no les gusta a las bombas de aceite es succionar por mucho tiempo, y no les gusta hacer levantamientos verticales. Entonces, ¿qué hace GM? Ponen la bomba de aceite muy arriba", se ríe Schumann.

Schumann utiliza la anécdota del propietario de un LS que tal vez se va de vacaciones durante el verano: "Cuando llega a casa, se sube a su nuevo Camaro y lo pone en marcha, la bomba no se ceba. Sucede porque el aceite residual se escurrió y está succionando aire. La bomba de aceite LS de fábrica no tiene un sello adecuado entre la bomba y el bloque. Mecanizamos la nuestra con una junta tórica".

Una cosa a tener en cuenta es que la bomba de aceite en realidad no succiona el aceite del sumidero. Osterhaus señala que la bomba crea un vacío parcial dentro de sí misma, y ​​la presión ambiental en el cárter empuja el aceite a través del tubo de recolección hacia la bomba. "La temperatura afecta esto ya que el aceite frío tiene más resistencia al flujo, lo que aumentará el tiempo para que la bomba de aceite se cebe en los días fríos".

Debido al aire en el aceite, que se estima en un 7% a 8% de aire por volumen, según Osterhaus, cuando cae la presión de entrada en la bomba, el aire se escapa y hace que se forme espuma. "Si el tubo de captación está moderadamente restringido, el aceite puede airearse en el circuito de entrada. Esto reducirá la eficiencia volumétrica de la bomba. El aceite aireado tiene una resistencia de película, lubricidad y capacidad de transferencia de calor reducidas, y el aceite se vuelve comprimible. Esto puede causar aceleración desgaste y funcionamiento errático del levantador, el tensor de sincronización y el regulador de fase del árbol de levas (componentes hidráulicos). El siguiente paso más allá de la aireación es la cavitación".

La cavitación ocurre cuando el tubo captador está severamente restringido, agrega Osterhaus. "El resultado es que el aceite estará sujeto a una presión de entrada lo suficientemente baja como para causar la formación de burbujas de vapor en el aceite en el lado de entrada de la bomba. Las burbujas de vapor no permiten que la bomba se llene correctamente. Las burbujas de vapor luego se transportan a el puerto de descarga, donde la alta presión en el puerto hace que las burbujas implosionen. Cuando esto ocurre, se libera una enorme cantidad de energía. La energía generará ruido y tiene el potencial de causar picaduras y erosión de la superficie dentro de la bomba de aceite.

Las bombas de aceite montadas en el cigüeñal brindan un mayor desafío en la gestión del aceite. "Cuando comparamos las velocidades de funcionamiento, las bombas de aceite accionadas por árbol de levas más antiguas funcionan a la mitad de la velocidad del motor y se asientan en el cárter de aceite", explica Osterhaus. "Sus tubos captadores suelen ser mucho más cortos en comparación con las bombas de aceite accionadas por cigüeñal de último modelo, que están ubicadas en la parte delantera del cigüeñal y funcionan a la velocidad del motor. Las bombas de aceite accionadas por cigüeñal de último modelo son mucho más grandes para acomodar el ensamblaje sobre la punta del cigüeñal. Las bombas accionadas por árbol de levas más antiguas solían utilizar un eje de transmisión de ½". El aumento de la longitud del tubo de recogida, la velocidad y el tamaño van en contra de las nuevas bombas de aceite accionadas por cigüeñal. Como resultado, las tolerancias, los acabados, los materiales y la trayectoria del flujo deben considerarse cuidadosamente cuando se diseñan y fabrican bombas de aceite impulsadas por cigüeñal de último modelo".

La válvula de alivio de presión funciona para regular la salida de la bomba de aceite, pero también tiene un papel crucial en posponer el inicio de la cavitación, según Osterhaus. "La aireación y la cavitación también están relacionadas con el funcionamiento a alta velocidad. Ocurrirán en cualquier bomba a medida que la velocidad aumente hasta el punto en que el aceite ya no pueda llenar las cámaras internas de bombeo. Como se señaló anteriormente, si la presión de entrada cae por debajo de el punto de vapor, entonces se producirá cavitación a medida que se formen burbujas de vapor de aceite en el aceite".

Pero la válvula de alivio de presión viene al rescate, ya que está diseñada para redirigir parte del flujo de salida hacia el puerto de entrada de la bomba de aceite. "El aceite de alta presión desviado aumenta la presión de entrada local para retrasar el inicio de la aireación y la cavitación", dice Osterhaus. "Sobrealimenta la entrada y permite que la bomba funcione a velocidades más altas del motor de manera efectiva. Es importante tener en cuenta que las modificaciones realizadas para redirigir el aceite desviado al sumidero en lugar de a la entrada de la bomba afectarán negativamente a la bomba de aceite y permitirán que se produzca cavitación". ocurren a bajas velocidades del motor".

El drenaje de aceite adecuado es fundamental para garantizar que el aceite que regresa al sumidero no se vea obstaculizado. "La gestión adecuada del aceite garantizará que haya suficiente volumen de aceite en el sumidero para mantener el extremo del tubo de recogida sumergido en aceite", añade Osterhaus. "El retorno lento del aceite al sumidero es causado por el viento, la aceleración, la desaceleración, las curvas y la altitud del vehículo, que afectan el tiempo necesario para que el aceite regrese al sumidero y pueden exponer la entrada al tubo de recolección de aceite.

Al seleccionar utilizar un sistema de cárter húmedo o un sistema de cárter seco, se debe examinar la aplicación. Algunas clases de carreras no permitirán un sistema de cárter seco. Nuestros expertos dicen que debe revisar si sus necesidades de lubricación justifican un sistema de cárter seco completo. ¿Es necesario reducir la altura del cárter de aceite para bajar el motor del automóvil? ¿Será necesario un funcionamiento sostenido a alta velocidad (más de 8000 rpm)? Si es así, se preferirá un sistema de cárter seco a un cárter húmedo. Pero para la mayoría de las aplicaciones, un sistema de cárter húmedo bien diseñado y ejecutado funcionará eficazmente en aplicaciones de alta potencia. Una bomba de sumidero húmedo tiene la ventaja de ahorrar peso, reducir la complejidad (y los modos de falla) y reducir el costo.

"Hay muchos ejemplos en el mercado secundario de sistemas de lubricación por cárter húmedo en aplicaciones de más de 1500 caballos de fuerza", señala Osterhaus. "Un ejemplo de equipo original de último modelo es la bomba de aceite impulsada por el cigüeñal de cárter húmedo fabricada por Melling para el Ford Mustang Shelby GT500 2020. Su motor Predator sobrealimentado de 5.2L produce 760 caballos de fuerza y ​​625 lb-pie de torsión. Tiene la distinción de ser el motor V8 de producción sobrealimentado con mayor potencia y torque del mundo".

Schumann explica que los ingenieros de la fábrica OEM diseñan sus bombas de aceite para que sean un 30 % (más o menos un 5 %) más grandes que la demanda volumétrica. “A medida que el motor se desgasta, ese 25-30 % desaparece y terminas con un 10 % más de capacidad en una bomba que la que tiene un motor desgastado. Entonces recibes una llamada telefónica: 'Mi presión de aceite es mala'. Si tiene un motor que consume 10 galones por minuto, lo cual es común en un motor de bloque grande, y el cárter seco con cinco etapas produce 35 galones por minuto, el motor todavía necesita 10. Entonces, ¿por qué construiría para tres veces el volumen? de lo que el motor quiere? Un sistema de sumidero húmedo bien diseñado puede generar 10 galones de flujo de aceite con una aireación mínima, con un tiempo de respuesta rápido al tubo de captación, la criba y las válvulas. Nuestras bombas de sumidero húmedo con válvula de bola reaccionan igual rápido como una bomba de cárter seco de $4,000 – $6,000".

Un cárter seco todavía tiene ventajas aparentes, dicen nuestros expertos, porque puede personalizarlo según las especificaciones que necesita con múltiples etapas unidas entre sí. Y tienes un tanque de depósito grande, que según Schumann no es más que un tanque de enfriamiento y un tanque de separación anti-aire.

"El hecho es que, si vas a la pista de carreras y vas a una pista ovalada, cuando tomas 100 autos al azar y abres el capó, encontrarás que más del 90 % de ellos tienen un motor de cárter húmedo", Schumann. Señala.

La presión del aceite es solo una vara de medir, según Schumann, y no tiene mucho que ver con el caudal de galones por minuto (GPM). "GPM es un atributo más deseable que la presión. ¿Por qué los muchachos de NASCAR bajaron a 15 libras de presión de aceite? Porque tienen una tasa de flujo de 30 galones por minuto. Entonces, en realidad solo les preocupa el flujo".

Los indicadores de presión de aceite varían de un fabricante a otro, dice Schumann. "No indicarán nada que tenga que ver con el volumen, no indicarán aireación o aceite contaminado. Puede calentar un motor en el dinamómetro del motor, quitar el tapón de drenaje mientras aún gotea aceite. Arranque el motor con el tapón de drenaje, y el indicador de presión de aceite indicará casi donde estaba. Los engranajes están lubricados y se convierte en una bomba de aire porque no hay suministro de aceite y su indicador de presión dice, 'genial, tiene 50 libras de presión de aire, vamos a correr'".

Para ayudar a los fabricantes de motores a centrarse en el caudal en lugar de la presión, Schumann's se encuentra en las etapas finales de prueba de un nuevo sistema de medición de galones por minuto (GPM) que se presentará a principios de año. Schumann dice que será una unidad portátil que pesa alrededor de 20 libras. Se puede usar en un dinamómetro de motor, en un soporte de funcionamiento del motor o en la pista de carreras.

Schumann agrega que si un taller construye de 25 a 50 motores LS por año, generalmente saben qué hacer para obtener la presión correcta, pero no tienen idea sobre el GPM. "Volveré al ejemplo de NASCAR: no les preocupan las 15-20 libras de presión de aceite. Les preocupan los 30 GPM de aceite que pasan por el motor".