viernes, 15 de febrero de 2013

La Bujia

¿QUE ES UNA BUJIA?

La bujía es el elemento que produce el encendido de la mezcla de combustible y aire en los cilindros, mediante una chispa, en un motor de combustión interna de encendido provocado (MEP), tanto alternativo de ciclo Otto como Wankel.

Su correcto funcionamiento es crucial para el buen desarrollo del proceso de combustión/expansión del ciclo Otto, ya sea de 2 tiempos (2T) como de cuatro (4T) y pertenece al sistema de encendido del motor.

PARTES DE UNA BUJIA


Conexión
El acople es una conexión SAE o rosca de 4 mm. En ella se conecta el cable de encendido o una bobina de varilla, desde donde (en ambos casos) deberá transportarse una tensión alta al otro extremo de la bujía.


Aislador
El aislador cerámico tiene dos funciones. Sirve básicamente para aislar, evitando que se produzca un salto de la tensión alta a la masa del vehículo (= menos) y conducir el calor de la combustión a la culata.

Barreras de la corriente de escape
En la parte externa del aislador, las barreras de la corriente de escape con forma ondulada evitan la salida de la tensión a la masa del vehículo. Alargan el trayecto que hay que recorrer y aumentan la resistencia eléctrica. De esta forma garantizan que la energía recorre el trayecto de menor resistencia: a través del electrodo central.

Resistencia antiparasitaria
Para garantizar la compatibilidad electromagnética (CEM) y el funcionamiento correcto del sistema electrónico de a bordo, en el interior de la bujía hay un vidrio fundido que funciona como resistencia a las interferencias.

Electrodo central con núcleo de cobre
El electrodo central de una bujía de encendido estándar consta normalmente de una aleación de níquel. Desde el extremo de este electrodo, la chispa tiene que saltar al electrodo de masa. Los electrodos centrales
de NGK disponen de un núcleo de cobre que mejora la conductividad del calor.

Carcasa metálica con rosca

La carcasa metálica también desempeña una función importante en la conducción del calor de la bujía. En las bujías de NGK las roscas son siempre en espiral y, a diferencia de las roscas cortadas, presentan la ventaja de que no tienen cantos vivos, por lo que no pueden dañar la cavidad roscada de la culata.

Anillo obturador
El anillo obturador evita que salga gas de combustión por la bujía, incluso cuando la presión de la combustión sea muy alta. De esta forma se evitan pérdidas de presión. Por otra parte, conduce el calor a la culata y equilibra los diferentes comportamientos de expansión de la culata y la caja de la bujía.
Juntas interiores
Las juntas interiores forman una unión resistente a los gases entre el aislador y la caja metálica. Para garantizar una estanqueidad óptima se forma un círculo con polvos de talco en otros dos anillos obturadores que se cae en el proceso de fabricación de la bujía.

Electrodo de masa
El electrodo de masa de una bujía de encendido estándar está fabricado con una aleación de níquel. En el funcionamiento normal, representa el polo opuesto al electrodo central.

Una bujía de encendido consta de pocos componentes, pero de alta tecnología.



FUNCIONES DE LA BUJIA

La bujía tiene dos funciones primarias:

Inflamar la mezcla de aire y combustible:
  1. Disipar el calor generado en la cámara de combustión hacia el sistema de refrigeración del motor (rango térmico).
  2. Transmisión del calor de la bujía a la culata: izquierda bujía de grado térmico elevado, derecha grado térmico bajo.
Una bujía debe tener las siguientes características:
  • Estanca a la presión: a pesar de las distintas condiciones de funcionamiento no debe permitir el paso de gases desde el interior del cilindro al exterior del mismo.
  • Resistencia del material aislante a los esfuerzos térmicos, mecánicos y eléctricos: no debe ser atacado por los hidrocarburos y los ácidos que se forman durante la combustión. Debe mantenerse sus propiedades de aislamiento eléctrico sin partirse por las exigencias mecánicas.
  • Adecuada graduación térmica: para asegurar a la bujía un funcionamiento correcto, la temperatura de la misma parte situada debe oscilar entre 500 y 600 °C. La forma de la bujía y más concretamente la longitud del aislante central cerámico, darán la capacidad de transmisión de calor a la culata, lo cual determinará la temperatura estable de funcionamiento.
Las bujías convierten la energía eléctrica generada por la bobina del encendido en un arco eléctrico, el cual a su vez permite que la mezcla de aire y combustible se expanda rápidamente generando trabajo mecánico que se transmite al pistón o émbolo rotatorio (Wankel). Para ello hay que suministrar un voltaje suficientemente elevado a la bujía, por parte del sistema de encendido del motor para que se produzca la chispa, al menos de 5.000 V. Esta función de elevación del voltaje se hace por autoinducción en la bobina de alta tensión.

La temperatura de la punta de encendido de la bujía debe de encontrarse lo suficientemente baja como para prevenir la pre-ignición o detonación, pero lo suficientemente alta como para prevenir la carbonización. Esto es llamado «rendimiento térmico», y es determinado por el rango térmico de la bujía.

Es importante tener esto presente, porque según el tipo de motor, especialmente el número de veces que se produce la chispa en la unidad de tiempo (régimen motor) nos va a determinar la temperatura de funcionamiento.

 La bujía trabaja como un intercambiador de calor sacando energía térmica de la cámara de combustión, y transfiriendo el calor fuera de la cámara de combustión hacia la culata, y de ahí al sistema de refrigeración del motor. El rango térmico está definido como la capacidad de una bujía para disipar el calor.


La tasa de transferencia de calor se determina por:
  • La profundidad del aislador.
  • Flujo de gases frescos alrededor de la bujía.
  • La construcción/materiales del electrodo central y el aislante de porcelana.
 Componentes de un motor DOHC de gasolina del ciclo de cuatro tiempos, (E) árbol de levas de escape, (I) árbol de levas de admisión, (S) bujía, (V) Válvulas, (P) Pistón, (R) Biela, (C) Cigüeñal, (W) Conductos de líquido refrigerante.

ANALISIS DE FALLOS

Tradicionalmente, sobre todo antes de la aparición del encendido electrónico y de la inyección electrónica el análisis del aspecto de la bujía permitía determinar las condiciones de funcionamiento del motor, sobre todo de la proporción de mezcla aire/combustible, la temperatura de funcionamiento, etc. Hoy día los sistemas de encendido electrónico, la desaparición del distribuidor, y hasta de los cables de alta tensión, así como la corrección milimétrica de la mezcla de aire y combustible han minimizado las perturbaciones debidas a la bujía.

Carbonización húmeda

Cuando la bujía presenta una apariencia oscura brillante, se tienen problemas de paso de aceite, el cual afecta el funcionamiento de la bujía ya que el aceite impide el paso de la chispa entre los electrodos de la bujía causando dificultades en el arranque. Causas de la carbonización:

Casos típicos:
  • Vehículos con mantenimiento inadecuado.
  • Motos de motocross utilizadas para pasear.
  • Bujías mal elegidas (demasiado frías) para un motor de altas prestaciones.
  • Uso de gasolina de bajo octanaje.
De origen mecánico:
  • Contra presión del cárter.
  • Válvula PCV obstruida.
  • Junta de culata deteriorada.
  • Guías o retenes de válvula deteriorados.
  • Segmentos de pistones desgastados.
Consecuencias si no se corrige:
  • El motor se puede apagar y no volver a arrancar.
  • Se dañará el catalizador (si lo tiene).
  • Consumirá demasiado aceite.
  • Aumento de las emisiones de monóxido de carbono (CO) y de hidrocarburos (HC).

Solución correcta:

Si se reconoce una o más posibles causas de origen mecánico éstas deben repararse.
Si se reconoce que existe otra causa, debe instalarse bujías con rango térmico más caliente que se encuentren en sintonía con las condiciones operativas del motor.

Carbonización seca
A medida que se acumula el carbón en la punta de encendido, en el aislador ocurrirán fugas de alto voltaje resultando en falla de encendido, causando dificultades en el arranque y la marcha. Causas de la carbonización:
  • Mezcla aire/combustible muy rica.
  • Ajuste incorrecto del carburador, estrangulador.
  • Sistema de inyección de combustible defectuoso.
  • Marcha en ralentí prolongada.
  • Bujía demasiado fría.

Sobrecalentamiento
La superficie del aislador en la punta de encendido tiene una coloración blanca con sedimentos moteados. Cuando la temperatura de la bujía excede los 870 °C, la punta de encendido actúa como fuente de calor encendiendo la mezcla antes que la chispa, ocasionando así una combustión anormal dañando ocasionalmente al motor. Causas del sobrecalentamiento:
  • Tiempo de encendido demasiado adelantado.
  • Mezcla aire/combustible demasiado pobre.
  • Sistema de inyección de combustible defectuoso.
  • Agua de enfriamiento y lubricantes insuficiente.
  • La presión aplicada al turbocompresor es demasiado alta en un motor turbosoplado.
  • Apriete insuficiente de la bujía.
  • Sedimentos acumulados en la cámara de combustión.
  • Bujía demasiado caliente.

Suciedad por plomo
Generalmente apareció como un sedimento café-amarillento en la punta del aislador, esto no puede ser detectado por un multímetro a temperatura ambiental, la falta de encendido se detecta cuando la bujía alcanza una temperatura entre 370 °C y 420 °C. Ahora el uso de plomo en gasolina está prohibido para que este tipo de suciedad no se genere.

Depósitos
Si se acumulan depósitos en la punta de encendido, la temperatura de la bujía se elevará demasiado, y provocará pre-ignición dañando el pistón.

Desgaste normal
Los electrodos desgastados tendrán dificultad para producir las chispas, no mostrará potencia el motor, y gastará más combustible, por lo que será necesario instalar bujías nuevas.

 

GRADO TERMICO

El grado térmico es una medida de la capacidad de la bujía para disipar el calor desde la cámara de combustión hacia la culata. El grado térmico de una bujía no tiene relación con el voltaje de funcionamiento. La medida del grado térmico se determina por diversos factores; ante todo la longitud del aislante central de cerámica y su capacidad para absorber y transferir el calor de combustión, el material del aislador y el material del electrodo central.

  • Es la habilidad que tienen las bujías para disipar el calor existente en la cámara de combustión hacia el sistema de enfriamiento del mismo motor.
  • El rango térmico se expresa mediante un número.
  • Un número más alto representa una bujía de tipo caliente.
  • Un número más bajo representa una bujía de tipo frío, aunque esto depende de la numeración de cada marca.2
  • El rango térmico es muy importante ya que una selección inadecuada de éste repercutiría en daños para el motor.
FUENTE: WIKIPEDIA Y GOOGLE

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