Los estándares y la expansión de los vehículos eléctricos

Por Raj Shah, Philip Iaccarino y Mathias Woydt

De acuerdo con la Perspectiva global de vehículos eléctricos (Global Electric Vehicle Outlook) de la Agencia Internacional de Energía, en las carreteras de todo el mundo se condujeron 1300 millones de vehículos de pasajeros en 2018. De estos, 5,2 millones (un poco menos de 0,5 %) eran vehículos eléctricos.

No obstante, en la primera mitad de 2019, la Base de datos sobre ventas mundiales de vehículos eléctricos (Electric Vehicle World Sales Database) planteaba que la producción mundial de vehículos eléctricos a batería (BEV) e híbridos conectables a la red (PHEV) alcanzó 1 134 000 unidades, lo que significa que la cuota actual de ventas de dichos vehículos en el mercado global de vehículos livianos es de alrededor del 2,5 %.

Esta demanda creciente de vehículos eléctricos tendrá un impacto considerable en otros mercados, como los de fluidos lubricantes y para mecanizado. Los vehículos eléctricos requieren menos piezas mecánicas y procesos de mecanizado que los vehículos de combustión interna (CI), y sus necesidades de lubricación son muy distintas.

Mientras que los vehículos de CI requieren un reemplazo frecuente de aceite de motor, aceite de engranajes, líquido de transmisión y grasa para rodamientos y para el chasis, los vehículos eléctricos requieren un volumen total de lubricantes mucho menor. Lo más notable es que los vehículos eléctricos no requieren aceite de motor. Actualmente, la configuración más popular del motor de un vehículo eléctrico incluye un engranaje reductor (un mecanismo que reduce la velocidad de rotación y forma parte del tren motriz) y un diferencial (el dispositivo que permite que las ruedas del mismo eje giren a diferentes velocidades). Cada uno de estos mecanismos se lubrica con 3-4 L del mismo líquido para engranajes, lo que es menos que para el caso de sus contrapartes de CI.

Afortunadamente, el comité de ASTM International sobre Productos derivados del petróleo, combustibles líquidos y lubricantes (D02) ya cuenta con muchos estándares relacionados con lubricantes en vigor, los cuales pueden adaptarse para el mercado de los vehículos eléctricos y estimular su expansión futura. A continuación se mencionan los más relevantes:

1. Método de prueba para la determinación de las propiedades de protección contra la corrosión bajo condiciones de humedad dinámica (D6138).

También llamado "Prueba Emcor", este método evalúa la capacidad de una grasa para prevenir la corrosión y la oxidación al exponerse al agua. Esta prueba se usa típicamente para aplicaciones de rodamientos (esto es, prevención de la fricción en piezas que soportan peso, como los rodamientos de las ruedas). El óxido puede afectar la longevidad del rodamiento, por lo que una grasa de buena calidad debe proteger los rodamientos de los vehículos eléctricos incluso en condiciones de humedad.

2. Método de prueba de la estabilidad al cizallamiento de la grasa lubricante (D1831).

Este método de prueba determina el cambio en la "penetración en funcionamiento" de la grasa luego de someterse a un cizallamiento ligero durante dos horas ("penetración en funcionamiento" se refiere a un parámetro de prueba común que determina la consistencia de la grasa dentro de un motor). El resultado refleja el cambio de consistencia de la grasa, algo que podría ocurrir mientras se conduce el auto. Ya que la estabilidad al cizallamiento se usa en muchas especificaciones de grasas para todo tipo de autos, el método seguirá siendo una prueba importante para los vehículos eléctricos.

3. Método de prueba de la vida útil de las grasas lubricantes de rodamientos de bolas a altas temperaturas (D3336).

Este método evalúa la capacidad de una grasa para proporcionar lubricación en un rodamiento de bolas bajo cargas ligeras, a velocidades altas y a temperaturas elevadas. Ya que los vehículos eléctricos funcionan con variaciones de temperatura considerables y con pares de torsión mayores en comparación con los vehículos de CI, este método de prueba ayuda a determinar si la grasa usada en un vehículo eléctrico soportará estas condiciones por un tiempo prolongado.

4. Métodos de prueba del par de torsión a baja temperatura de la grasa para rodamientos de bolas (D1478) y de los rodamientos de ruedas lubricados con grasa (D4693), respectivamente.

Estos dos métodos determinan en qué medida la grasa ralentiza la rotación de un rodamiento a bajas temperaturas. Ya que los vehículos eléctricos funcionan con pares de torsión mayores a causa de su peso, es probable que se desarrollen grasas con un mayor par de torsión a baja temperatura, especialmente para vehículos que se usen en entornos fríos.

5. Métodos de prueba para medir y/o determinar las propiedades de presión extrema de grasas lubricantes mediante el método de cuatro bolas (D2596) y mediante el uso de una máquina de prueba (SRV) de oscilación lineal de alta frecuencia (D5706), respectivamente.

Estos métodos de prueba son valiosos para caracterizar las superficies metálicas que guardan contacto entre sí en condiciones de fricción con alto esfuerzo. Estas condiciones están presentes tanto en vehículos de CI como eléctricos, y pueden afectar su desempeño.

6. Método de prueba para determinar la resistencia al desgaste por frotamiento de grasas lubricantes bajo altas presiones de contacto hertziano mediante el uso de una máquina de pruebas (SRV) de oscilación lineal de alta frecuencia (D7594).

Este método es valioso cuando se analizan las propiedades de reducción de la fricción y el desgaste de las grasas, y se usa comúnmente como prueba de selección de grasas para usarse en rodamientos de bolas y rodillos, transmisiones por husillo de bolas o rodillos y sistemas con ejes laterales como las juntas homocinéticas. Es posible maximizar el rango de un vehículo eléctrico reduciendo las pérdidas de fricción tribológica.

Existen muchos otros métodos de ASTM International, relacionados con los sistemas de lubricación complejos de los motores de los vehículos de CI, que pueden aplicarse a los vehículos eléctricos. Si aumenta la cuota de vehículos eléctricos en el mercado global de vehículos de pasajeros, podría ser necesario adaptar estos métodos a las especificaciones de lubricantes definidas para los vehículos eléctricos.

Además, ASTM ofrece otros estándares de métodos de prueba básicos para propiedades específicas relacionadas con rubros eléctricos, que aún deben revisarse y evaluarse para los lubricantes utilizados en vehículos eléctricos pero podrían resultar aplicables en el futuro, entre las que se cuentan los siguientes:

• Método de prueba para la tensión de ruptura dieléctrica y la rigidez dieléctrica de los materiales aislantes sólidos en frecuencias de alimentación de uso comercial (D149)
• Métodos de prueba de la resistencia o conductancia de CC de los materiales aislantes (D257)
• Método de prueba para la tensión de ruptura dieléctrica de líquidos aislantes usando electrodos tipo VDE (D1816)
• Métodos de prueba de la conductividad eléctrica de los combustibles destilados y para uso en aviación (D2624)
• Método de prueba estándar para la conductividad eléctrica de los hidrocarburos líquidos mediante un medidor de precisión (D4308)

Para permitir la expansión de los vehículos eléctricos en el mundo, es necesario que tenga lugar una optimización de la lubricación; por lo tanto, se requerirá el desarrollo, especificación y otros estándares de nuevos lubricantes para atender la demanda del mercado de los vehículos eléctricos. Comités como el D02 irán a la vanguardia en el desarrollo de estos estándares.

El Dr. Raj Shah es director de Koehler Instrument Co. en Bohemia, Nueva York, EE. UU.

Philip Iaccarino es pasante en Koehler Instrument Co. en Bohemia, Nueva York, EE. UU.

El Dr. Mathias Woydt es director general de MATRILUB Materials, Tribology, Lubrication en Berlín, Alemania.