Bujía para niños
La bujía es el elemento que produce el encendido de la mezcla de combustible y oxígeno en los cilindros, mediante una chispa, en un motor de combustión interna de encendido provocado (MEP), tanto alternativo de ciclo Otto como el tipo 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 4 tiempos (4T) y pertenece al sistema de encendido del motor.
Historia
Aunque se le atribuye a Nikola Tesla la primera patente de la bujía, el inventor serbio registró en la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos (U S Patents & Trademarks Office) en agosto de 1898 fue un sistema completo de encendido eléctrico, que llevaba un electrodo fijo para proporcionar la chispa. Richard Simms (GB 24859/1898, 1898) y Robert Bosch (GB 26907/1898) registraron aparatos similares más perfeccionados que incorporaban bujías recambiables. Fue la bujía inventada por el ingeniero de Robert Bosch llamado Gottlob Honold en 1902, la que hizo posible el desarrollo de los motores de combustión interna.
Funcionamiento
La función principal de una bujía de encendido, es conducir la corriente eléctrica generada en el trasformador hasta la cámara de combustión y transformarla en una chispa eléctrica de alta tensión, lo que dará inicio a la combustión, es decir, es un ítem responsable por la correcta quema de la mezcla aire combustible.
En el momento que ocurre la chispa eléctrica entre los electrodos de la bujía, se inicia la quema del combustible generando una “esfera de fuego”. El “frente de llama” se propaga a lo largo de la cámara de combustión quemando la mezcla de aire-combustible y promoviendo la expansión de los gases.
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 mantener 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 de 500 a 600 °C (932 a 1112 °F). 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 de 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 tipo 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 5000 V. Esta función de elevación del voltaje se hace por autoinducción en la bobina de alta tensión eléctrica.
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 o régimen del motor, 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.
Durabilidad
Las bujías modernas duran alrededor de los 30 000 a 40 000 km (18 641 a 24 855 millas). En los años 1980, la duración habitual de las bujías en los motores de los coches se situaba de los 10 000 a 15 000 km (6214 a 9321 millas).
Grado térmico
El grado térmico es la medida de la capacidad de la bujía para disipar el calor desde la cámara de combustión hacia la culata, desde donde será evacuado y, a su vez, hacia el refrigerante. El grado térmico de una bujía no tiene relación con el voltaje ni con la temperatura de funcionamiento. La medida del grado térmico se determina sobre todo por la longitud de la parte libre del aislante que separa el electrodo central de la pieza roscada que lo recubre: las bujías son frías si la parte libre del aislante es corta, ya que la parte que está en contacto con la pieza metálica transmite más calor; son calientes si ese extremo libre es largo: la separación dificulta la transmisión de calor.
La parte de la bujía que está dentro de la cámara se ensucia con los residuos de la combustión. Para que no se acumulen sobre los electrodos y acaben perjudicando el funcionamiento la temperatura de la bujía debe ser lo suficientemente alta como para quemarlos. Dependiendo del tipo de motor, la autolimpieza de la bujía se produce de 350 a 500 °C (662 a 932 °F).
Por el contrario, si la temperatura es demasiado alta, la bujía puede volverse incandescente e iniciar la combustión antes de que salte la chispa o pre-encendido. Este avance puede provocar graves daños. Para evitarlos, no hay que superar una escala de 800 a 950 °C (1472 a 1742 °F), según los motores.
El rango térmico se expresa mediante un código que varía entre los fabricantes, pero por regla general, un número más alto indica una mayor temperatura de funcionamiento, es decir, una bujía más caliente.
Véase también
En inglés: Spark plug Facts for Kids
