Preignición y Detonación
La detonación y la preignición son dos problemas que afectan el funcionamiento del motor y se deben corregir, para evitar poner en peligro la vida del motor y evitar el consumo excesivo, la pérdida de potencia y la emisión, fuera de lo común, de los contaminantes en la atmósfera.
La preignición es un fenómeno causado por varias razones. Uno de ellos es la aparición de depósitos de carbón en la cabeza del pistón y partes dentro del cilindro. Cuando el motor funciona, este carbón encende brevemente la mezcla de aire-combustible, antes del tiempo de combustión del motor. Esta explosión puede ocurrir en el segundo tiempo, cuando el pistón sube, comprimiendo la mezcla, generando presión y aumentando la temperatura de los gases junto con el carbón, haciendo que la mezcla explosione antes de tiempo. Otros factores que causan la pre-ignición son los puntos calientes en la cámara de combustión, velas demasiado calientes y combustible adulterado, que genera una gran cantidad de residuos de carbón.
El fenómeno de detonación también sucede en el interior del cilindro y es muy similar al fenómeno de la pre-ignición, causada principalmente por el combustible adulterado de bajo octanaje, haciendo la mezcla explotar antes del tiempo. Mezcla magra, no homogénea, provoca una temprana ignición y causa el fenómeno de la detonación. Un factor, que causa la detonación espontánea dentro del cilindro, es la alta compresión de los motores modernos actuales. Para extraer más potencia del motor, la cámara de combustión está disminuyendo cada vez, aumentando la compresión a niveles altos y contribuye, junto con los otros factores, mencionados anteriormente, con el efecto de la detonación.
El fenómeno de detonación, también llamado de golpeo de pernos, es un gran enemigo de los motores de combustión. Las consecuencias de este fenómeno termodinámico, que sucede dentro de la cámara de combustión, pueden ir de mal hasta catastrófica. Los ingenieros han desarrollado muchas tecnologías para identificar y evitar detonaciones y, hoy en día, casi todos los motores de la fábrica tienen sistemas para combatir el fenómeno de detonación.
¿Pero, qué es la detonación? Se espera que la chispa de la vela provoca una onda de llama, que se propaga a lo largo del cilindro y crea la combustión casi completa de la mezcla. La detonación es, cuando la combustión de la mezcla aire/combustible, que se inicia normalmente por la chispa, en algún lugar en el cilindro, hace que otras moléculas de la mezcla exploten antes de la llegada del frente de la combustión principal. Este fenómeno provoca un aumento repentino de la presión y temperatura en el cilindro, lo que puede causar daños de la junta de la culata hasta agujeros en el pistón y la culata. La detonación hace la presión máxima del cilindro pasando fuera de la posición óptima del pistón, donde menos energía térmica de la expansión del gas se convierte en fuerza mecánica al cigüeñal. Es decir, además de arruinar el motor, la detonación afecta a la potencia.
¿Por que ocurre la detonación? Cuando las moléculas de la mezcla no quemada, que están más allá del frente de la llama, son expuestas por un tiempo determinado a las condiciones de alta temperatura y presión, puede producirse la detonación. Por lo tanto, una buena herramienta para reducir este tiempo de exposición a tales condiciones, es posponer el momento de la ignición.
La explosión crea una onda de choque, que produce un sonido metálico.
En condiciones normales, asi hace que la combustión, o quema del combustible/aire, que proporciona el movimiento de los vehículos: al final del ciclo de la compresión del pistón se emita la chispa de la vela; la mezcla se inflama y la llama se desplaza gradualmente por toda la cámara de combustión; los gases de la combustión empujen el pistón hacia abajo, pulsando la biela y el cigüeñal con el fin de impulsar el motor.
Cuando algo no está dentro de las especificaciones - la tasa de compresión muy alta, el punto de la ignicion demasiado avanzada, vela incorrecta o combustible de baja calidad, por ejemplo - la llama se propaga de forma desordenada, que eleva la presión y la temperatura en la cámara de combustión. Habrá entonces una combustión espontánea, una segunda llama en otro lugar de la cámara. Cuando choca con la llama original, generada por la vela, la segunda llama provoca un ruido metálico ("grillo") que se asemeja a las canicas en un vaso. Es la detonación, o en el vocabulario común “batir pin” o “grillo” - un término equivocado, porque no hay pines para golpear en el interior del motor.
La detonación provoca daños, produciendo un desplazamiento más rápido de los gases de combustión, que chocan contra los extremos de la cámara y generen calor. Si la detonación persiste durante algún tiempo, el aumento de la temperatura de los componentes puede dar lugar a una fisura en la culata, un agujero en la cabeza del pistón o daños en el cilindro.
Además de la conservación de características equilibradas del motor, por un mantenimiento regular y, si es apropiado, una preparación hecha con criterios, la detonación se puede prevenir con cierto cuidado. Debe evitar el acelerador a fondo en bajas revoluciones (RPM), siempre tiene mayor riesgo como al subir a la sierra desde la costa (a mayor presión atmosférica y alta temperatura son factores agravantes); tanquear en las gasolineras más confiables, evitando ofertas "milagrosas" que puede indicar la adulteración del combustible, y, si se detecta la detonación, conducir el vehículo sin mayores esfuerzos, hasta someterlo a una inspección por un mecánico calificado.
La detonación puede ser identificada con un distintivo sonido, que es similar al sonido de pines de acero, golpeando uno contra el otro, por la pérdida momentánea de potencia y torque del motor a carga parcial o total.
La detonación es la combustión que ocurre en los puntos de alta presión y temperatura antes de la ignición de la chispa, en un momento diferente de la parte delantera de la llama principal. Por lo tanto, un nuevo frente de llama se crea, con una velocidad por encima de la combustión principal, ignitada por la vela. Cuando se encuentran, crean una onda de choque que genera el ruido, conocido como “batir pin” o “grillo”.
Un motor de ciclo Otto (gasolina) siempre funcionará con algunas detonaciones. Esto es común y lo que genera roturas o fallas sensibles son la intensidad y la amplitud de la onda que la detonación causa. Si la detonación es de fuerte intensidad, es decir, es causada antes de que el pistón alcance el punto muerto superior, la presión es tan fuerte, que crea fuerzas en la cabeza del pistón, impulsionando el cigüeñal en la dirección opuesta de la rotación del motor. Se centra demasiado estrés o tensión en el conjunto móvil y, por lo general, provoca fallas y roturas. Todavía existe la posibilidad de que la válvula de admisión está abierta o en el borde de cierramiento: el frente de la llama siempre encontrará el lugar de menor presión para moverse y, en este caso, sería el interior del colector de admisión. Eso es muy malo, porque causa roturas en el sistema de admisión, porque no está diseñado para soportar la combustión.
Las causas de la detonación son muy variados. Podemos mencionar entre ellos: la sincronización de la ignición demasiado avanzada, alta relación de compresión y alta tasa, combustible insuficiente, las altas temperaturas internas, alta presión del turbo, alta temperatura del aire de la admisión, combustible de bajo octanaje, puntos calientes en el cilindro y etc. Todas las causas citadas y algunas otras son posibles de ocurrir en cualquier motor, especialmente en motores deportivos, donde se busca la mayor presión y una alta combustión. Los puntos calientes en el cilindro, que pueden causar explosiones, pueden ocurrir a causa de depósito de carbono, formado por la combustión incompleta, esquinas "vivas" que son incandescente después de un par de combustiones, electrodos de velas de mala calidad, etc.
Aprovecharse de un combustible de bajo costo, as veces es una tentación.
El número de octanos (octanaje) se define como un índice de detonación de un combustible, en comparación con la detonación de un combustible de referencia, que consiste en una mezcla de n-heptano (C7H16), como referencia de octanaje cero (0) y el 2-2-4-trimetil pentano (iso-octano) como referencia cien (100). Por ejemplo, un combustible de índice de octano 85 indica que este producto tiene la misma tendencia a detonar en los motores de pruebas, debajo en las mismas condiciones de una mezcla de combustible que consiste en 85% de iso-octano y 15% de n-heptano. Hay combustibles, como la gasolina utilizada en la competición de Fórmula 1 y el etanol, que han números de octanaje por encima de 100. El etanol, por ejemplo, tiene el número 110. Para determinar estos valores, se utilizan otros combustibles de referencia que llegan a 120 octanos. Combustibles de alto octanaje preveniren detonaciónes "fuera de tiempo", y el combustible barato y de bajo octanaje facilita las detonaciónes.
Otro factor que aumenta las posibilidades de detonación es la tasa de alta compresión en los motores modernos. Con la difusión de los vehículos "flex" y el constante aumento de la rigidez de las normas internacionales para la reducción de la emisión de gases tóxicos, la solución encontrada por los fabricantes de motores fue la alta tasa de compresión. Con el aumento de la tasa de compresión, es posible tener motores de menor volumen. La generación de la misma potencia que antes sólo se podría lograr por los motores de mayor volumen. Un ejemplo es el motor de 1,4 litros, que ahora genera la misma potencia que un viejo motor de 1,8 litros. Los motores de 2,0 litros de hoy tienen la potencia de un motor viejo de 2,5 litros, con un consumo muy inferior y emisiones muy bajos. Con el aumento de la tasa de compresión, la emisión de gases como el CO (monóxido de carbono) y los hidrocarburos, se reduce drásticamente. Es claro que, en contraparte, las emisiones de NOx se incrementan, pero la gran parte se rompe en el catalizador. En otras palabras, el aumento de la tasa de compresión es algo que hay que celebrar, cuando se trata de rendimiento del motor y reducir las emisiones de gases, pero se necesita tener dispositivos y ajustes teniendo en cuenta el hecho de que el facto de las altas tasas de compresión aumentan la probabilidad de detonación.
En el caso de motores con turbo, la aparición de este fenómeno es más común. El turbo-compresor envía al motor aire mucho más denso y también mucho más caliente. El aire caliente, que entra en el cilindro a través del proceso de compresión, eleva la temeratura aún más. Si la temperatura de ignición del combustible se alcanza durante la compresión, ciertamente tenemos una detonación y daños en el motor.
Los motores de hoy están equipados con sensores de detonación, calibrados para detectar la frecuencia exacta de detonación crítica. Retardan el ángulo de ignición de la chispa y reducen la demanda de combustible, disminuyendo la potencia y el torque, protejiendo el motor de una ruptura consecuente. En otros casos la solución es aumentar la inyección de combustible, con el objetivo de reducir la temperatura del cilindro. Hay también otra medida: el uso de refrigerador (intercooler), para reducir la temperatura del aire enviado por el compresor; trabajar con la relación relativa de aire/combustible más baja (bajos valores de la sonda lambda: 0,80 a 0,75 dependiendo del preparador); uso de combustible de alta octanaje o combustible de série “Premium” (Super), preferiblemente etanol por tener un poder antidetonante alto y tener un gran coeficiente de transferencia térmica, lo que reduce la temperatura en la cámara de combustión.
La detonación puede no rompa el motor la primera vez, pero siempre sí podría causar algún daño. El daño más común es la eliminación de material donde se produce la onda de choque y, en los siguiente ciclos, la detonación se produce en el mismo lugar, lo que causa daños en los partes donde la detonación era más reincidente.
En los vehículos de competición, la vulnerabilidad a la detonación es mayor, debido a la proximidad de los límites del motor. Las medidas a tomar se deben al preparador: todas las variables en la calibración deben ser equilibradas, de manera que se alcance el máximo sin problema. Pero, aún así, los entrenadores más experimentados se sorprenden.
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FUENTE:
http://economizar-combustible.com/index.php/fenomeno-de-detonacion
