Mecánica
Visión general de Jesús Casanova Kindelán (ASEPA)
Parece ya confirmado que el futuro de los motores de gasolina y combustibles similares como el gas etanol, el gas natural o el GLP es prometedor. La función de las bujías en los motores de combustión interna actuales es producir una chispa eléctrica (descarga de electrones entre los electrodos) para aportar la energía de activación de la combustión en la mezcla aire y combustible; de ahí el nombre de “motores de encendido provocado”. Cualquier chispa eléctrica es esencialmente un plasma formado en un medio dieléctrico al ser sometido ionizado por diferencias de potencial muy altas. Este plasma tiene temperaturas superiores a los 50.000º C durante tiempos inferiores a 0,001 millonésimas de segundo, lo que provoca una onda de choque y aporta energía a una pequeña porción de la mezcla aire y combustible, extendiéndose la combustión al resto de la mezcla por difusión térmica y molecular (frente de llama).
BUJÍAS PARA LOS MOTORES DEL FUTURO En este artículo, publicado por la Asociación Española de Profesionales de la Automoción, Jesús Casanova Kindelán, miembro de la Junta Directiva de ASEPA, Catedrático de Motores Térmicos de la ETSII Madrid y presidente de la Comisión Técnica ASEPA “Motores, Combustibles y Lubricantes” facilita una visión general de las bujías para los motores del futuro. Entre otras mejoras, destacan la reducción de tamaño, el aumento del número de electrodos o los materiales a base de cobre, platino o tugsteno. Texto: Jesús Casanova Kindelán / Fotos: ASEPA
Menor tamaño y nuevos materiales
El avance actual y futuro de los motores de encendido provocado en términos de reducción de consumo y de emisiones, y aumento de la durabilidad y de la fiabilidad, acaecido en los últimos años, ha venido de la mano de una significativa mejora en las bujías de encendido. Reducción significativa del tamaño, aumento del número de electrodos (2, 3 y 4 electrodos es ya común en muchos motores), materiales en base a cobre, platino o tungsteno, aumento significativo de la tensión, energía y calidad de la chispa por sistemas de encendido electrónicos por descarga de bobina o de condensador, han sido algunas de las mejoras introducidas ya comercialmente. Y podemos decir que una bujía actual poco tiene que ver con una de hace 20 años, aunque su aspecto pueda ser parecido. La necesidad de reducir el consumo de combustible manteniendo bajas emisiones contaminantes en los motores de gasolina lleva a la reducción de tamaño y al uso de mezclas pobres o estratificadas, que necesitan todavía de un importante avance tecnológico futuro del sistema de encendido, y, concretamente, de las bujías. Los posibles avances
LA NECESIDAD DE REDUCIR EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE MANTENIENDO BAJAS EMISIONES CONTAMINANTES EN LOS MOTORES DE GASOLINA LLEVA A LA REDUCCIÓN DE TAMAÑO Y AL USO DE MEZCLAS POBRES O ESTRATIFICADAS están ahora en fase de investigación y pueden aparecer en el mercado en los próximos años.
Bujías de plasma
Entre las mejoras que se persiguen en centros de investigación y universidades en el mundo destacan las bujías de plasma, las bujías láser y las bujías sónicas. Las llamadas “bujías de plasma” se llevan desarrollando hace ya varios años y se usan ya en turbinas de gas. Se basan en
LAS “BUJÍAS DE PLASMA” SE BASAN EN AUMENTAR SIGNIFICATIVAMENTE LA TENSIÓN ENTRE LOS ELECTRODOS, LO QUE PERMITE CHISPAS MUCHO MÁS “ANCHAS” CON APORTACIÓN DE ENERGÍA A UNA ZONA DE MEZCLA DE MAYOR TAMAÑO QUE LAS CONVENCIONALES 6
aumentar significativamente la tensión entre los electrodos, lo que permite chispas mucho más “anchas” con aportación de energía a una zona de mezcla de mayor tamaño que las convencionales. La chispa tiene más intensidad (> 500 A), lo que conlleva una mayor aportación de energía de activación. Ello permite encender mezclas más pobres y asegura un comienzo de la combustión más uniforme, reduciendo las dispersiones cíclicas. Todo ello redunda en un mejor rendimiento del motor y una potencial reducción de emisiones de CO y HC. El límite de las bujías de plasma lo está estudiando, actualmente, la empresa Federal-Mogul, tratando de hacer que la chispa salte no entre dos electrodos (ánodo y cátodo), sino entre uno o varios electrodos centrales y las paredes de la cámara de combustión. Con ello, se aportaría energía de activación a toda o buena parte de la mezcla en el cilindro, asegurando el encendido de mezclas con cualquier riqueza. Esta es y ha sido la obsesión de cualquier diseñador de motores de gasolina, porque
permitiría regular la carga sin válvula de mariposa ni estratificación de la mezcla; es decir, como un diésel.
Láser y sónicas
Las “bujías láser” y las “bujías sónicas” van en la misma dirección, tratando no sólo de aumentar la energía aportada a la mezcla para su encendido, sino de extender a buena parte de la cámara de combustión este aporte energético. En el caso de las de tipo láser mediante una fuente de alta energía distribuida a los cilindros por medio de fibras ópticas, y, en el caso de las sónicas, generando pequeñas ondas de choque que activarían la reacción de combustión mediante potentes generadores de ultrasonidos. El problema de todos estos sistemas es la elevada energía que necesitan, varias veces mayor que la de los sistemas de encendido convencionales. Estará por ver que este aumento de consumo energético del sistema de encendido compense la mejora en el rendimiento del motor, y que su mayor precio sea compatible con la competencia en el mercado.