A sabedoria convencional afirma que os óleos de motor que aumentam a economia de combustível permitem menos atrito e prolongam a vida útil do motor. O propósito deste artigo é desafiar a sabedoria convencional, particularmente em relação aos óleos de motor modernos (GF-3 ILSAC/API Starburst).
Economia de Combustível: Alguém realmente se importa?
Primeiro, devemos encarar o fato de que o consumidor americano normalmente não se importa com a economia de combustível, exceto em tempos econômicos difíceis. O veículo de passageiros nº 1 a vender é o Ford F-Series Pickup. Cinco dos 10 veículos mais vendidos são caminhões, e os caminhões são mais vendidos que os carros.
Alguns dos caminhões são chamados de veículos utilitários esportivos, também conhecidos como SUVs, porque seus proprietários não querem admitir que são caminhões. A massa (tamanho, peso) destes veículos não é propícia a uma grande economia de combustível.
Figure 1. Bearing Wear
Adicionalmente, considere como a maioria dos veículos são conduzidos. Qualquer pessoa que acelere lentamente ou conduza no limite de velocidade para conservar energia é um perigo para si próprio e para outros condutores que estão com muito mais pressa.
Os fabricantes de automóveis, por outro lado, estão preocupados com a economia de combustível. O fabricante enfrenta grandes multas se a frota de carros que produz ficar aquém das exigências da Economia Média Corporativa de Combustível (CAFE) impostas pelo governo federal.
A Marcha para Óleos Mais Finos
Óleos Mais Finos estão sendo usados hoje em dia por três razões: Eles economizam combustível em motores de teste, as regras de viscosidade mudaram, e os fabricantes estão recomendando graus mais finos.
A Sequência VI-B é o teste usado para avaliar a economia de combustível para a especificação GF-3. O motor de teste VI-B é equipado com um came de rolete onde o antigo teste Sequence VI usava um came deslizante. O antigo teste Sequence VI respondeu bem aos modificadores de fricção, mas o Sequence VI-B responde a óleos mais finos.
A eficiência do combustível do óleo de teste é comparada à eficiência do combustível de um óleo de referência no teste Sequence VI-B. Para ser aprovado, o óleo de teste deve melhorar a economia de combustível de um a dois por cento, dependendo do grau de viscosidade. O SAE 5W-20 deve produzir uma eficiência relativa de combustível superior à do SAE 5W-30.
É interessante notar que o óleo de referência é totalmente sintético PAO SAE 5W-30. Para se qualificar para o GF-3 Starburst, os óleos minerais comuns tiveram que bater a economia de combustível do óleo de referência totalmente sintético. (Parece que há mais na economia de combustível do que um óleo de base mágico.)
Outro fator na economia de combustível é o cisalhamento temporário do polímero. Estes polímeros são aditivos conhecidos como melhoradores (ou modificadores) do índice de viscosidade. Os polímeros são plásticos dissolvidos no óleo para fornecer características de multiviscosidade. Assim como alguns plásticos são mais resistentes, mais frágeis ou mais resistentes ao calor que outros, polímeros diferentes têm características diferentes.
Polímeros são moléculas enormes com muitos ramos. À medida que são aquecidos, desbobinam e se espalham. Os ramos emaranham-se com os de outras moléculas de polímero e prendem e controlam muitas moléculas de óleo minúsculas. Portanto, uma quantidade relativamente pequena de polímero pode ter um efeito enorme na viscosidade do óleo.
Como o óleo é forçado entre um rolamento e um diário, muitos polímeros têm a tendência de se alinharem uns com os outros, um pouco como colheres de nidificação. Quando isso acontece, a viscosidade cai. Então, quando o óleo progride através do mancal, as moléculas do polímero se enredam novamente e a viscosidade retorna ao normal. Esse fenômeno é chamado de cisalhamento temporário.
Porque o teste Sequence VI-B responde a reduções na viscosidade, os formuladores de óleo dependem do cisalhamento do polímero para passar no teste. Um polímero estável ao cisalhamento torna a passagem no teste de economia de combustível GF-3 muito mais desafiadora.
Novas regras que definem os requisitos de fluxo a frio dos graus de viscosidade SAE (SAE J300) tornaram-se efetivas em junho de 2001. Os fabricantes de automóveis temiam que os modernos sistemas de injecção permitissem o arranque do motor a temperaturas inferiores às que o óleo poderia fluir para a bomba de óleo. Consequentemente, as novas regras tiveram um efeito de desbaste no óleo.
Os fabricantes de automóveis recomendam agora óleos mais finos para os seus veículos do que no passado. Anos atrás, o SAE 10W-40 era o grau de viscosidade mais recomendado, migrando mais tarde para o SAE 10W-30. O SAE 5W-30 é o mais popular agora, mas a Ford e a Honda recomendam o SAE 5W-20. É provável que a adopção mais generalizada do SAE 5W-20 e de outros óleos finos possa ocorrer para ajudar a cumprir os requisitos do CAFE.
Por causa da mudança nos requisitos de fluxo frio e do teste de economia de combustível empurrando os formuladores para o fundo do grau de viscosidade, os óleos SAE 10W-30 de hoje são mais parecidos com os óleos SAE 5W-30 de ontem (especificação GF-1). Além disso, há uma tendência para os fabricantes de automóveis recomendarem classes mais finas. Isto parece ridículo. Os SUVs e caminhões, com sua tração nas quatro rodas e aerodinâmica de paredes de tijolo inerentemente menos eficientes, precisam de motores potentes e com gases para movimentar sua massa com pressa. Em resposta, os fabricantes de automóveis recomendam o uso de óleos finos para economizar combustível. Incrível!
Viscosidade e desgaste
Os óleos mais finos têm menos arrasto e, portanto, menos fricção e desgaste. Certo? Talvez no motor de teste ou motores que experimentam um funcionamento normal. Mas óleos um pouco mais espessos podem oferecer mais proteção para operações mais severas, como dirigir por montanhas, puxar um barco, condições poeirentas, viagens curtas, altas rpm, sobrecarga, superaquecimento e resfriamento excessivo.
Figure 2. Desgaste do Anel
Uma partícula abrasiva igual ou maior que a espessura da película de óleo causará desgaste. Os filtros são necessários para manter os contaminantes pequenos. O outro lado da equação é a espessura da película de óleo. Películas de óleo mais grossas podem acomodar contaminantes maiores.
Temperatura tem um grande efeito na viscosidade e espessura da película. Como ponto de referência, um aumento na viscosidade de grau SAE é necessário para superar a influência de um aumento de 20°F na temperatura do motor. Em um dado ponto de referência, há aproximadamente uma diferença de 20°F. entre os graus de viscosidade SAE 30, 40 e 50. O SAE 20 está um pouco mais próximo de 30 do que os outros saltos, porque o SAE 30 deve ser 30°F mais alto do que o SAE 20 para ser aproximadamente a viscosidade equivalente.
Em outras palavras, um SAE 20 a 190°F é aproximadamente a mesma viscosidade cinemática que um SAE 30 a 220°F, que é aproximadamente a mesma viscosidade que um SAE 40 a 240°F. Esta aproximação funciona bem na faixa de temperatura de 190°F a 260°F. Podemos ficar surpreendidos com a ligeira diferença entre óleos de viscosidade reta vs. multiviscosidade com o mesmo número de costas (por exemplo, SAE 30, SAE 5W-30 e SAE 10W-30).
Se um óleo SAE 50 a 260°F é tão fino quanto um óleo SAE 20 a 190°F, imagine como a película de óleo se torna fina quando você está usando um SAE 5W-20 e o seu motor superaquece. Quando um motor sobreaquece, a película de óleo torna-se perigosamente fina e pode romper.
Ford está batendo contra seus requisitos CAFE e recomenda óleo SAE 5W-20 para a maioria de seus motores nos Estados Unidos. Afirma que o SAE 5W-20 é ideal para a eficiência do combustível e desgaste.
Para determinar se os óleos SAE 5W-20 proporcionam o mesmo nível de protecção que os óleos SAE 5W-30, a Dagenham Motors em Inglaterra, um dos maiores concessionários Ford na Europa, foi consultada. O SAE 5W-30 é necessário para efeitos de garantia em Inglaterra e o SAE 5W-20 nem sequer está disponível. Se o SAE 5W-20 fosse melhor tanto para economia de combustível como para desgaste, porque é que a Ford não o recomendaria para os seus mesmos motores na Europa?
Alterações de Propriedade Antiwear
Outra alteração que ocorreu nos óleos para motores de automóveis de passageiros com GF-2 e GF-3 é um limite mais rigoroso de fósforo, que faz parte do aditivo antidesgaste fosfato de zinco (ZDDP). Os fabricantes de automóveis estão preocupados que o fósforo se deposite nas superfícies do conversor catalítico e encurte sua vida útil.
Esta é uma questão complicada, e os depósitos dependem da química específica do ZDDP e da formulação do óleo acabado. A indústria não teve sucesso em projetar um teste de motor para as tendências de formação de depósitos de um conversor catalítico de óleo. Portanto, os fabricantes de automóveis estabeleceram um limite arbitrário para óleo de motor de 0,1% de fósforo.
Aditivos anti desgaste são importantes na ausência de uma película hidrodinâmica, tal como no trem de válvulas. Os aditivos antidesgaste são ativados pelo calor por fricção, que os faz reagir com a superfície quente e formar uma barreira química ao desgaste.
O mecanismo pelo qual os depósitos de fósforo se formam nas superfícies do conversor catalítico não é totalmente compreendido. Ele não se correlaciona diretamente com a volatilidade do óleo ou o consumo de óleo. Por outro lado, se o desgaste do motor faz com que o consumo de óleo aumente, o risco de formação de depósitos de fósforo no conversor aumentaria dramaticamente. Parece que prevenir o desgaste e o consumo de óleo deveria ser uma prioridade.
No passado, os formuladores de óleo podiam fazer um produto premium simplesmente adicionando mais ZDDP. Um movimento semelhante hoje resultaria numa formulação de óleo que não suportaria garantias de novos carros.
Pensamento a prazo
Enquanto o desgaste aumenta, a eficiência de um motor diminui. O desgaste do trem de válvulas muda ligeiramente a regulagem e o movimento das válvulas. O desgaste dos anéis e da camisa afetam a compressão. O desgaste prejudica a eficiência do combustível e a potência de saída por uma quantidade imperceptível no início, mas depois a diferença na economia de combustível entre um SAE 10W-30 e um SAE 5W-20 é quase imperceptível. A eficiência continua a diminuir à medida que o desgaste avança. Talvez otimizar a proteção contra desgaste seja a maneira de reduzir o consumo de combustível ao longo da vida útil do motor.
Embora os motores que sofreram desgaste significativo do anel e da camisa se beneficiem de óleos mais grossos. O uso de óleos mais espessos resulta em aumentos de compressão, melhorias de desempenho e redução do consumo de óleo.
Os óleos de alta quilometragem são uma categoria relativamente nova de óleos para motores de automóveis de passageiros. Estes produtos normalmente contêm mais detergente/dispersante e aditivos anti-desgaste do que os óleos para automóveis novos. Eles normalmente contêm um agente de inchamento do selo e estão disponíveis em graus de viscosidade mais espessos do que a maioria dos carros novos recomendam. A “quilometragem elevada” parece ser definida por “assim que o seu carro estiver fora da garantia”
O que utilizar
Os óleos mais finos com menos aditivo antidesgaste superam os produtos mais robustos no teste de economia de combustível de 96 horas, não é claro que tais produtos economizem combustível durante a vida útil do motor.
Todos os fluidos são um compromisso. Os óleos recomendados pelos fabricantes automotivos parecem comprometer a proteção contra o desgaste sob condições severas para ganhar economia de combustível e durabilidade do catalisador. É importante reconhecer que o uso de um produto que oferece mais proteção contra o desgaste provavelmente comprometerá sua garantia. Óleos mais espessos também comprometem o fluxo de temperatura fria, o que pode ser preocupante dependendo do clima e da estação do ano.
A melhor protecção contra o desgaste é provavelmente um produto um pouco mais espesso (como SAE 10W-30 ou 15W-40) e tem mais aditivos anti-desgaste do que os óleos que suportam a garantia. O melhor óleo para o seu veículo depende dos seus hábitos de condução, da idade do seu motor e do clima em que conduz, mas não é necessariamente o tipo de óleo especificado no manual do proprietário ou estampado na vareta.
