La Relación entre Viscosidad y Lubricación Hidrodinámica

La lubricación hidrodinámica es la separación de componentes por un colchón de aceite que se forma hidrodinámicamente. En un motor, la mayoría de la lubricación de los cojinetes es proporcionada por este colchón hidrodinámica. Cuando la quema de combustible empuja el pistón hacia abajo contra su biela y el cojinete para forzar el giro del cigüeñal, necesitamos un colchón de aceite para reducir la fricción y el desgaste. La formación de la película hidrodinámica depende de la geometría, velocidad de la máquina, la carga que lleva y la viscosidad del aceite. En un motor, también depende de la presión del aceite y la condición del filtro de aceite.

Para obtener este colchón, se bombea el aceite por el cigüeñal forzándolo a salir por el orificio, entrando a presión en el cojinete para separarlo del cigüeñal.

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Si el aceite es muy delgado (baja viscosidad), fluye directamente al cárter sin separar las piezas. Esto provoca desgaste prematuro.

Si el aceite es muy espeso (alta viscosidad), no puede salir al cojinete con bastante rapidez para formar este colchón. Esto también provoca desgaste prematuro.

Antes de hacer su trabajo de formar el colchón, el aceite tiene que pasar por el filtro de aceite. Si el aceite es muy viscoso por baja temperatura del ambiente, no pasará por el papel filtrante y abrirá la válvula de alivio de presión del filtro, llevando toda la suciedad consigo para contaminar el aceite y lijar los cojinetes y otras piezas.

Cada motor está diseñado con ciertas tolerancias, tomando en cuenta la viscosidad del aceite recomendado. El punto más crítico es el momento de arranque. En el arranque y apagado del equipo no hay lubricación hidrodinámica, eliminando esta lubricación.

Una vez que el motor está en funcionamiento normal, existe un colchón bastante fuerte, aunque una pérdida de viscosidad en el aceite podría dejar fluir el aceite del cojinete más rápido de lo que entra, causando desgaste.

Uno de los puntos más importantes en la lubricación de motores es la viscosidad cP en puntos calientes del motor bajo altas presiones. Para medir esto se utiliza la prueba HT/HS (Alta Temperatura/Alta Cizallamiento) que mide la viscosidad mínima a 150°C a 90 ciclos de estrés para simular las condiciones de los cojinetes del motor.

Esta viscosidad determina la protección del aceite en lubricación hidrodinámica.

Las normas del SAE J300 dictan que los aceites mantengan las siguiente viscosidades en estas condiciones (estos valores han sido modificados con los años):
Máximo Cizallamiento Permitido
Viscosidad SAE
Cizallamiento en alta temperatura
(cP)

20

2.6

30

2.9

40

2.9
(0W-4-, 5W-40, 10W-40)

40

3.7
(15W-40, 20W-40, 24W-40, 40 monogrado)

50

3.7

60

3.7

Los aceites buenos SAE 15W-40 como AMERICAN Supreme mantienen una viscosidad 4.22 cP en estas condiciones, proveyendo 45% más protección en los puntos más importantes del motor que algunas formulaciones antiguas que continúan en el mercado.

Hay muchos puntos de lubricación en el motor que depende de la viscosidad y los aditivos anti-desgaste correctos.
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Lubricación Elastohidrodinámica

En ciertos casos la lubricación hidrodinámica es aumentada por la lubricación elastohidrodinámica.

La lubricación elastohidrodinámica se presenta en mecanismos en los cuales las rugosidades de las superficies de fricción trabajan siempre entrelazadas y nunca llegan a separarse. En este caso el lubricante se solidifica y las crestas permanentemente se están deformando elásticamente. El control del desgaste y el consumo de energía depende de la película adherida a las rugosidades.

La definición de la lubricación Elastohidrodinámica se puede explicar así:
  • Elasto: elasticidad, ó sea que la cresta de la irregularidad en el momento de la interacción con la cresta de la otra superficie se deforma elásticamente sin llegar al punto de fluencia del material;
  • Hidrodinámica: Ya que una vez que ocurre la deformación elástica de las piezas, la película de aceite que queda atrapada entre las rugosidades forma una película hidrodinámica de un tamaño microscópico mucho menor que el que forma una película hidrodinámica propiamente dicha. En la lubricación hidrodinámica el espesor de la película lubricante puede ser del orden de 5 mm en adelante, mientras que en la elastohidrodinámica de 1 mm ó menos. Normalmente esta lubricación está asociada con superficies no concordantes y con la lubricación por película fluida.