Bujía

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Para la ciudad de Cabilia, Argelia, véanse Bugía.

Bujía de un motor de ciclo Otto.

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.

Historia[editar]

Las primeras patentes para la bujía son de Nikola Tesla, en 1898.[1] Casi al mismo tiempo Richard Simms (GB 24859/1898, 1898) y Robert Bosch (GB 26907/1898). Karl Benz también tiene el crédito de esta invención. Pero sólo debe darse crédito a la primera de ellas comercialmente viable económicamente y de alto voltaje inventada por el ingeniero de Robert Bosch llamado Gottlob Honold en 1902 que hizo posible el desarrollo de los motores de combustión interna.

Funcionamiento[editar]

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.

La bujía tiene dos funciones primarias:

  • Inflamar la mezcla de aire y combustible;
  • Disipar el calor generado en la cámara de combustión hacia el sistema de refrigeración del motor (rango térmico).
Transmisión del calor de la bujía a la culata: izquierda bujía de grado térmico elevado, derecha grado térmico bajo.
La bujía participa en el inicio de la tercera fase (combustión-expansión) del ciclo de cuatro tiempos.

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.

Análisis de fallos[editar]

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[editar]

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[editar]

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[editar]

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[editar]

Generalmente aparece 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[editar]

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[editar]

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.

Diferentes estados de bujías[editar]

Grado térmico[editar]

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.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Patente USPTO nº 609,250 en el que se diseña un sistema temporizado de ignición repetida
  2. Tabla A6 según Bosch indica el grado.

Enlaces externos[editar]