Decantador de aceite motor y la contaminación

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El motor para su funcionamiento ha necesitado lubricar las zonas de fricción.

Es la base para la duración de los componentes internos del motor.

En los inicios se hacia mediante barboteo, unas cucharillas tomaban el aceite del cárter al girar el cigüeñal y lo distribuían por los apoyos de bancada, bielas y su entorno, desde el exterior de estos, lo que limitaba la eficacia del engrase.

Muy pronto se diseño el sistema de engrase a presión que permite llevar el aceite a las zonas de fricción, lo que supuso mucha más fiabilidad, poder aumentar las RPM, lograr más par y potencia.

Pero hay algunos aspectos relacionados que hay que solucionar, pues la explosión o combustión, que debería ser hermética no lo es, inevitablemente hay parte que se pierde.

De este hecho viene el contenido de este artículo, que expone un resumen de como solucionar el hecho de que la pérdida de combustión o explosión provoque efectos negativos en el funcionamiento durante la vida útil del motor, mediante el decantador de aceite motor.

Vamos a estudiarlo desde los comienzos de su aplicación hasta la actualidad.

Además, el aceite del motor tiene relación con la contaminación lo que va suponer modificaciones en su composición.

Circuito de lubricación

Salida directa al exterior de los vapores de aceite

Se ven en el motor de cuatro cilindros en línea los elementos relacionados con el engrase:

Cárter, contiene el aceite e incorpora el tapón de vaciado
Succión de aceite; está situado casi al fondo del cárter para aspirar el aceite incluso con nivel muy bajo
Tiene una superficie con talados de paso reducido para evitar que se aspire suciedad o impurezas de medio tamaño, llega hasta la bomba de aceite que es la que hace la succión
Bomba de aceite; es accionada desde el cigüeñal, en este motor directamente, succiona el aceite del cárter, aumenta su presión y lo envía al filtro de aceite
Filtro de aceite; recibe el aceite de la bomba el aceite a presión y lo limpia de suciedad e impurezas de muy pequeño tamaño, que va acumulando en su material filtrante
Sigue el aceite su recorrido hacia el circuito de engrase
Circuito de engrase; el aceite a presión y limpio desemboca en el conducto principal que recorre longitudinalmente el motor
Desde este salen unos conductos que llevan el aceite a los apoyos del cigüeñal en el bloque
De estos apoyos unos canales interiores en el cigüeñal dirigen el aceite a los apoyos de las bielas
Desde uno de los apoyos del cigüeñal sale un canal hacia la parte alta del motor para lubricar los elementos de distribución, en este motor es desde el primer apoyo, a la izquierda
Se aprecian unas salidas de aceite que inciden bajo los pistones, su función es inyectar aceite para refrigerar esta zona, justo debajo de la explosión o combustión, y mejorar su engrase
El aceite que ha lubricado los apoyos de bancada y las bielas rezuma desde estos hacia el cárter, en forma de finas gotas, es como una niebla de aceite
El aceite que ha lubricado los elementos de la culata retorna al cárter por unos canales que comunican la culata con la parte inferior del bloque, bajo los pistones
Inevitablemente parte de la presión y residuos de la explosión o combustión pasan entre los segmentos, pistones y cilindros hacia la parte inferior, lo que hace que en esta zona la presión vaya aumentando
También sube algo de aceite hacia la parte alta del pistón, es necesario para lubricar esta zona de fricción
Bajo los pistones está la niebla de aceite a presión, que se mezcla con los residuos de la combustión, e incluso combustible no quemado, sobre todo con el motor frío
La mezcla resultante la denominamos vapores de aceite, aunque tiene más componentes
Los vapores de aceite por efecto de la presión están tanto en la parte baja del motor como en la parte superior de la culata
La comunicación se efectúa por los canales que permiten tanto la caída del aceite de lubricación de la culata como el paso de los vapores de aceite y residuos
La presión de los vapores iría aumentando hasta provocar fallos de funcionamiento del motor y fugas al exterior, se evita permitiendo la salida al exterior de la presión de los vapores de aceite y residuos
En el motor se ve un tubo que parte de la tapa de culata y llega hasta la parte baja del motor, así los vapores son expulsados a la atmósfera

En las dos imágenes de la derecha se ve un pistón con segmentos y biela y situado este pistón en el cilindro:

El pistón tiene tres segmentos; de fuego que trata de evitar el paso de los gases de explosión o combustión, de estanqueidad que colabora en la función del segmento de fuego y el de engrase, que está perforado y permite el paso de algo de aceite para lubricar el recorrido del pistón en el cilindro
La explosión (gasolina) o combustión (diésel) provocan fuertes incrementos de presión, parte de los cuales pasan por los segmentos hasta llegar a la zona inferior del pistón
Esta presión lleva residuos de la explosión o combustión y combustible, mezclándose con los vapores de aceite
Como se ve en el motor y se ha comentado, estos vapores y residuos salen por un conducto al exterior

Los vapores de aceite son contaminantes

Se ve un mismo automóvil con dos sistemas para evacuar la presión de los vapores de aceite.

A la izquierda, los vapores de aceite salen al exterior

Un conducto desde la tapa de la culata envía los vapores al exterior, en la parte baja del motor
Estos gases son contaminantes
El hecho de que salga aceite al exterior implica que se pierda aceite, bajando el nivel del cárter con el uso
Al ser los vapores de aceite contaminantes, esta solución dejó de estar permitida

A la derecha, reaspiración de los vapores de aceite

En el coche y motor de la derecha, desde la tapa de culata hay un tubo que se bifurca, uno llega al colector de admisión bajo la mariposa de gases del carburador, y el otro incide encima del carburador, después del filtro de aire y antes de la mariposa
Los vapores de aceite y residuos son quemados en la explosión (es un motor de gasolina)
Al haber dos conductos de reaspiración de los vapores de aceite, por encima y por debajo de la mariposa, se mejora la disminución de la presión durante las diferentes RPM y fases de funcionamiento
Este motor no emite los vapores de aceite al exterior reduciendo la contaminación, pero el aceite, que en este motor no se evacua al exterior sino que se quema, sigue implicando que baje el nivel en el cárter con el uso

Con decantador de aceite motor menos consumo de aceite

Lo vemos en el mismo motor de cuatro cilindros en línea al que se le han añadido más elementos:

Colector de admisión y filtro de aire
No hay mariposa de gases por lo que es un motor diésel, las explicaciones son similares para el de gasolina
Colector de escape
Decantador de vapores de aceite; su función es separar el aceite en estado de vapor y líquido, incluyendo los residuos que pueda llevar
Recibe el vapor de aceite y los residuos a presión por un conducto desde la parte superior de la tapa de culata
Unas placas decaladas en su interior obligan a que los vapores hagan un recorrido laberíntico, para que se condense parte del aceite (y otros líquidos) en sus superficies
El aceite que no se licua permanece en estado de vapor
Hay dos conductos más; uno desde la parte inferior del decantador de aceite recoge el aceite y otros residuos en estado líquido y los envía al cárter
Como el aceite va a pasar por el filtro antes de volver al circuito de engrase, los residuos se quedarán en este
Otro conducto, que en este caso también está en la parte inferior del decantador de aceite, recoge los vapores que no se han condensado y los envía al colector de admisión para ser quemados en la combustión (es un motor diésel)
Al recuperarse cierta cantidad de aceite se reduce la que se quema en la combustión, disminuyendo el consumo de lubricante, lo que mantiene más tiempo el nivel en el cárter

Si el motor fuese de gasolina, el montaje más frecuente es que el conducto de los vapores se divida en dos, uno va antes de la mariposa de gases y el otro después, tanto con carburador como se ha visto antes como si la alimentación de gasolina es por inyección.

Menos consumo de aceite con válvula de presión de reaspiración de vapores

Se basa en que la reaspiración de vapores de aceite se controle por una válvula (o más).

Lo vemos en este motor con una sola válvula en dos posiciones, cerrada y abierta.

Motor de la izquierda, con la válvula cerrada

No hay paso de vapores de aceite al decantador de aceite
Si la presión aumentase se abriría la válvula como sucede a continuación

Motor de la derecha, con la válvula abierta

Pasa el vapor de aceite desde la tapa de la culata al decantador de aceite por el conducto
Parte del vapor se va condensando en las placas, retornando en estado líquido al cárter
El resto que permanece en estado de vapor llega al colector de admisión y entra a los cilindros
Este vapor se quema durante la combustión, pasando una pequeña cantidad con los demás residuos de combustión entre segmentos y cilindro a la parte baja de los pistones
Parte de los residuos químicos generados en la combustión pueden afectar a los sistemas anticontaminación en el escape
Entre estos residuos químicos están los que se producen al quemarse el aceite, que pueden afectar también a los elementos anticontaminación, por lo que se ha de tener en cuenta en la composición del aceite según los sistemas de limpieza de gases de escape del motor
Con el uso, parte de los residuos se van acumulando como depósitos en el interior del decantador de aceite, disminuyendo su eficacia, obstruyendo el paso, dificultando la actuación de la o las válvulas y llegando a provocar aumento del consumo de aceite del motor al pasar excesiva cantidad de vapores a la admisión

Lo habitual es que haya varias válvulas para controlar los diferentes conductos de la reaspiración de vapores de aceite y su paso al cárter en fase líquida.

Pueden funcionar por diferencias de presión y muelles o mediante control electrónico con más posibilidades de mejorar su rendimiento.

Los vapores de aceite afectan a los sistemas anticontaminación

Los componentes de los combustibles llegan a afectar a los elementos de limpieza de gases de escape, por lo que se reformulan y añaden aditivos para evitar daños.

El aceite ha de adaptarse para no producir componentes que deterioren a los sistemas anticontaminación al quemarse, estos son los principales:

Bajo contenido en azufre, fósforo, …
Reducida generación de cenizas en la combustión o explosión (“low saps”)
Se identifica este aceite por la indicación “low saps” (bajo en cenizas) en los envases, que corresponde actualmente con la homologación ACEA “C” seguida de un número orientativo de su evolución
También con la letra “E” y un número, en los lubricantes para motores de vehículos pesados
Es frecuente que marcas de automóviles y camiones tengan homologaciones propias, pero en el envase también aparece la norma ACEA

El motor diésel precisa más elementos anticontaminación y con más complejidad, en la imagen se ven los siguientes:

Recirculación de gases de escape EGR; recircula parte de gases de escape de nuevo hacia admisión para que entre al motor menos oxígeno, reduciendo la generación de óxidos de nitrógeno NO_X
Trampa de óxidos de nitrógeno NO_X (DeNOX); acumula NO_X para eliminarlos periódicamente modificando las secuencias de inyección de combustible durante el proceso
Catalizador de oxidación o de dos vías para reducir la emisión de monóxido de carbono CO e hidrocarburos no quemados HC: el motor diésel produce bastante menos que el de gasolina y son proporcionales al consumo de combustible
Catalizador de reducción selectiva SCR; acumula óxidos de nitrógeno NO_X y los elimina periódicamente mediante inyección en su interior de un aditivo (AdBlue)
Filtro antipartículas FAP o DPF; va acumulando en su interior micropartículas de hollín, cuando está lleno se producen modificaciones en las secuencias de inyección y post inyecciones, que aumentan la temperatura en su interior quemándolas durante el proceso, comúnmente llamado regeneración

Se ven cuatro envases de aceite para motores con sistemas anticontaminación sensibles, los comentamos:

Envase 1:

Se lee “low saps” como indicación de que el aceite es bajo en cenizas
Se han de comprobar dos características adicionales para el motor en el que se va a utilizar; adecuación térmica SAE 10W 40, y calidad ACEA E6 y E7
La letra “E”, como se ha comentado, informa de que es para motores de vehículos pesados, y los números indican su adecuación para los sistemas anticontaminación
Las características del aceite; SAE y ACEA han de ser las indicadas por la marca del vehículo

Envase 2:

SAE 5W 30 y ACEA C4 DPF (filtro antipartículas)

Envase 3:

ACEA C2 / C3 y SAE 5W 30

Envase 4:

SAE 5W 30 con indicación “Low saps” (bajo en cenizas) y ACEA C3

Para que el motor de combustión interna puede pueda continuar el tiempo que le quede, ha de reducir progresivamente las emisiones contaminantes que salen por el escape, también el dióxido de carbono CO2 que si bien no es contaminante directo, es ingerible, afecta al calentamiento global del planeta, y es distinto en los motores de gasolina y diésel.

Para lograr estos objetivos se modifican los componentes de los combustible y del aceite, pues lo que se quema en la combustión o explosión genera residuos que van al escape, y no han de deteriorar a los elementos anticontaminación cada vez más complejos, sofisticados, delicados y sensibles.

Afecta especialmente al motor diésel en el que es muy difícil reducir los óxidos de nitrógeno, además si se logra aumenta la emisión de dióxido de carbono.

Esta situación se va a mantener hasta que llegue la tecnología que permita utilizar el coche tanto para ciudad como para viajes tal como se ha hecho hasta ahora, pero sin contaminar ni emitir CO2.

Si leéis habitualmente el blog ya sabéis lo que pensamos; el futuro, que podría ser el presente, es de la pila de combustible de hidrógeno.

Hasta entonces hay que seguir avanzando.