Octanaje (índice de octano) - RON - MON

Octanaje (índice de octano)

El Número de octano, a veces denominado octanaje, es una escala que mide la capacidad antidetonante del combustible (como la nafta) cuando se comprime dentro del cilindro de un motor.
Es una propiedad esencial en los carburantes utilizados en los motores de encendido por desarrollo de arco voltaico entre los electrodos de las bujías y que siguen un ciclo termodinámico en el que su comportamiento se asemeja al descrito por el Ciclo Otto.
En efecto, la eficacia del motor aumenta con altos índices de compresión, pero solamente mientras el combustible utilizado soporte ese nivel de compresión sin sufrir combustión prematura o detonación.

Los índices de octano en motores de explosión
Si un combustible no posee el índice de octano suficiente en motores con elevadas relación de compresión (están comprendidas entre 8,5 y 10,5), se producirá el "autoencendido" de la mezcla, es decir, la combustión es demasiado rápida y dará lugar a una detonación prematura en la fase de compresión, que hará que el pistón sufra un golpe brusco y reducirá drásticamente el rendimiento del motor, llegando incluso a provocar graves averías. A este fenómeno también se le conoce entre los mecánicos como picado de bielas, pistoneo o cascabeleo.Una medida para saber la calidad que tiene una nafta es el índice de octano. El índice es una escala arbitraria en la cual se da índice cero al n-heptano, y un índice cien al 2,2,4-trimetilpentano, también conocido como isooctano. Por ejemplo, cuando una nafta se dice que tiene 98 octanos, esta será una mezcla de hidrocarburos que se comportan como una mezcla de 98 % del isooctano y un 2% del n-heptano.

Cuando se combustionan naftas con índices de octanos elevados es mucho más eficaz, por lo que es frecuente el uso de aditivos con alto índice de octanos, en especial en el caso de la nafta sin plomo, como por ejemplo, en el caso de los derivados oxigenados como el metilterbutiléter o el metanol, los cuales tienen un octanaje de 115 y 105 respectivamente.

En otras palabras podemos decir que el índice de octano es una medición de la resistencia que tiene un combustible, tomando como referencia una mezcla de dos combustibles, siendo uno de ellos poco detonante, aquel con índice 100, y otro muy detonante, el que recibe el índice 0.

El butano por ejemplo, tiene un octanaje de índice 90, mientras que la nafta súper costa de un índice 95, y el alcohol metílico uno de 120. A mayor índice de octano, menor será el poder de detonación que posee éste, siendo lo que generalmente se busca para los motores de explosión, donde lo que nos interesa es lo que se conoce como deflagración del combustible y no la capacidad de detonación.

El índice de octano, también se designa con las siglas RON, del inglés Research Octane Number. Cuando utilizamos un combustible con mayor índice de octanos del que necesita el motor de nuestro coche, esto no afecta pero tampoco beneficia al motor. Existen numerosos combustibles que poseen un octanaje mayor de 100.

Hay tres tipos de índices de octano:

• El octanaje medio en laboratorios – Research Octane Number (RON)
• Octanaje de motor estático – Motor Octane Number (MON)
• Un octanaje comprobado en las carreteras – Road ON

👉RON:Es el que suele figurar en las estaciones de servicio. Representa, de manera aproximada, el comportamiento en ciudad: Bajo régimen con numerosas aceleraciones.

El valor en este caso se calcula comparando el autoencendido que provoca la nafta comparada con el producido en la sustancia que usamos como patrón de medida, es decir, la mezcla anteriormente mencionada de isooctano y n-heptano. De esta forma se puede conocer el índice de octanaje que tiene el combustible comparado con el porcentaje de la mezcla considerada estándar. Así fácilmente podemos comprobar el golpeteo o sonido que realiza la nafta, y calcular el índice de octano, que si es igual al de la mezcla estándar, tendrá por lo tanto igual número de octanaje.

Cuando en un coche nuevo, le repostas una nafta que no lleva, de menor octanaje, se nota rápidamente debido al ruido característico que realiza cuando se genera una explosión del combustible que se produce antes de lo que se debería. En cambio a los motores que son poco eficaces, se les recomienda usar naftas con un nivel bajo de octanaje, que se debe a la baja relación de compresión con la que trabajan los cilindros del motos. Así, cuando hay mayor comprensión, se necesita un octanaje mayor para que el motor sea eficaz.

👉MON: Octanaje probado en un motor estático. Intenta reproducir la situación en carretera, alto régimen y conducción regular. Indica exactamente como trabaja el combustible cuando se reposta en el motor. Esta definición también usa como patrón la mezcla estándar, pero a diferencia del RON, se sobrecarga más a los motores, usando una mezcla de combustible calentado previamente, además de un motor con más revoluciones y mayores tiempos de ignición. Dependiendo de la composición que tenga el combustible, el índice MON suele encontrarse unos 10 puntos por debajo del RON, en la nafta actualmente.

💡Ambos se miden en el mismo motor de prueba, pero a diferentes variables de ensayo, para simular los dos supuestos.

💡El índice de cetano, es la medida contraria al octanaje, es decir, mide la facilidad con la cual se consigue inflamar los combustibles de los motores diésel. Se conoce como cetano, porque usa el cetano como combustible estándar

Típicamente, y dependiendo de la composición del combustible, el MON de una gasolina moderna puede estar unos 10 puntos por debajo del RON.
Sensibilidad
Se denomina así a la diferencia entre los valores de R.O.N. y M.O.N. Es distinta para cada componente de la nafta comercial, resultando una variable determinante en la economía del corazón de ella.

Determinación del octanaje en la práctica.

Cooperative Fuel Research Engine (CFR)

Para determinar la calidad antidetonante de una nafta, se efectúan corridas de prueba en un motor, de donde se obtienen dos parámetros diferentes:

RON
El Research Octane Number (Número de Octano de Investigación) que se representa como RON o simplemente R y que se determina efectuando una velocidad de 600 revoluciones por minuto (rpm) y a una temperatura de entrada de aire de 125°F (51.7°C)

MON
El Motor Octane Number (Número de Octano del Motor) que se representa como MON o simplemente M y se obtiene mediante una corrida de prueba en una máquina operada a una velocidad de 900 revoluciones por minuto y con una temperatura de entrada de aire de 300°F (149°C).

Para propósitos de comercialización y distribución de las naftas, los productores determinan el octanaje comercial, como el promedio de los números de octano de investigación (RON) y el octano del motor (MON), de la siguiente forma:

Número de octano comercial= (RON + MON)/2

Escala de medición
La calidad antidetonante de una gasolina se mide usando una escala arbitraria de número de octano. En esta escala, se dio a los hidrocarburos iso-octano (que es poco detonante) un índice de octano de 100; y al n-heptano (que es muy detonante), un índice de octano de cero.
La prueba de determinación del octanaje de una nafta se efectúa en un motor especial de un sólo cilindro, aumentando progresivamente la comprensión hasta que se manifiesten las detonaciones. Posteriormente, se hace funcionar el motor sin variar la comprensión anterior, con una mezcla de iso-octano y una cantidad variable de n-heptano, que representará el octanaje o índice de octano de la nafta para la cual se procedió a la prueba y que tiene, por lo tanto, el mismo funcionamiento antidetonante de la mezcla de hidrocarburos.
Así, por ejemplo, si una nafta presenta propiedades antidetonantes similares a una mezcla de 95% de iso-octano y 5% de n-heptano, se dice que tiene un número de octano de 95.

Mejoras en el octanaje de la nafta
A nivel mundial, se han desarrollado varias tecnologías relacionadas entre sí para elevar el octanaje de las naftas, destacando las siguientes:
Aplicación de nuevas tecnologías de refinación, de reformado catalítico, isomerización y otros procesos, que permiten obtener naftas con elevados números de octano limpios, es decir, sin aditivos. Esto ha llevado a reducir en forma importante e inclusive a eliminar el tetraetilo de plomo, dando como resultado naftas de mejor calidad, que cumplen con los requerimientos de protección ecológica que se han establecido a nivel mundial.
Paralelamente, se han desarrollado nuevos aditivos oxigenados denominados ecológicos en sustitución el tetraetilo de plomo (que es altamente contaminante), tales como el Metil-Ter-Butil-Eter (MTBE), el Ter-Amil-Metil-Eter (TAME) y el Etil-Teer-Butil-Eter (ETBE), entre otros.
Estos aditivos oxigenados, se adicionan a las naftas para elevar su número de octano, proporcionando a la vez una mayor oxigenación, lo que incide directamente en una combustión más completa y en un mejor funcionamiento de los motores.
De estos aditivos oxigenados, los que han tenido un mayor uso a nivel mundial, han sido el MTBE y el TAME, debido a su alto valor de octano en la mezcla con nafta, a su baja presión de vapor y sobre todo a su alta disponibilidad, al producirse en plantas integradas a las refinerías, donde son aprovechadas las materias primas de refinación requeridas para su elaboración (metanol, butanos, butilenos, isobutilenos e isoamileno), con las ventajas económicas que ello representa.

FUENTES:

Ángeles Méndez https://quimica.laguia2000.com/general/octanaje-indice-de-octano

https://www.ecured.cu/Octanaje

https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_octano

Requena, L. Vamos a Estudiar Química Orgánica. Ediciones ENEVA, (2001).

Rodger W. Griffin "Química orgánica moderna". 1981. Editorial Reverté, S.A.

Preignición y Detonación

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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ENTRADAS RELACIONADAS

•  Análisis de las Bujías - Diagnóstico de Problemas  
•  LA DETONACIÓN   

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FUENTE:

http://economizar-combustible.com/index.php/fenomeno-de-detonacion

LA DETONACIÓN

LA DETONACIÓN

Fenómeno de detonación en un motor de 4 tiempos con cámara en cuña.

La detonación, también llamada picado (en inglés knocking o engine knocking), es una combustión rápida y violenta de la mezcla aire/combustible en la(s) cámara(s) de combustión del motor, después del encendido por la chispa o arco eléctrico en la(s) bujía(s). Cuando se presenta la detonación en un motor, se percibe un golpeteo o cascabeleo metálico, llamado en ocasiones "pistoneo". Este golpeteo es debido a que, cuando existe detonación, la presión de los gases al interior de la(s) cámara(s) de combustión sube excesivamente, resultando en grandes fuerzas que actúan sobre los pistones o émbolos del motor, pudiendo llegar a romperlos.

En una combustión normal, la mezcla aire/combustible inicia su encendido partiendo desde los electrodos de la bujía y progresando a través de los gases no quemados. Por lo general, la llama actúa en un sólo frente, que se va propagando a través de la cámara, hasta alcanzar la cabeza del pistón. Los gases no quemados, o frescos, se calientan hasta su combustión, en parte por la acción de la llama y en parte por compresión, debida a la expansión de los gases ya quemados. En cambio, durante la detonación, se tienen dos o más frentes de llama, que chocan entre sí, originando una fuerte onda expansiva, que golpea los pistones con gran fuerza. Esto ocurre porque la temperatura de los gases no quemados aumenta de manera abrupta, antes que sean alcanzados por la llama procedente de la bujía, es decir, cuando la mezcla comienza a quemarse en cualquier otro punto que no sea el frente de llama procedente de la bujía, se tiene detonación.

Ambos tipos de combustión son muy rápidas, es decir, el proceso no dura más de unas cuantas milésimas de segundo. Sin embargo, la detonación se diferencia de la combustión normal por la violencia con que ocurre. Una combustión normal es rápida, pero al mismo tiempo, suave y gradual.

La detonación se confunde muchas veces con el autoencendido, un concepto diferente, pero que guarda una estrecha relación con la detonación. El autoencendido es la inflamación de la mezcla aire/combustible sin la participación de la chispa eléctrica en las bujías. Se produce principalmente debido a la existencia de "puntos calientes", como por ejemplo, residuos de carbonilla en las cámaras de combustión, que durante el funcionamiento del motor se calientan y se mantienen incandescentes, o también por el uso de bujías de un grado térmico inadecuado (muy calientes), propiciando el autoencendido de la mezcla aire/combustible. El autoencendido se observa más fácilmente en los motores con carburador, en los cuales, el motor continúa funcionando durante algunos momentos, luego de haber desactivado el encendido (llave en OFF). En los motores con sistema de inyección electrónica es más difícil de observar, ya que al desactivar el encendido (llave en OFF), se interrumpen el encendido y la alimentación de combustible. En los motores Otto o a gasolina, el autoencendido es indeseable, pero en los motores Diesel es esencial para su funcionamiento.

Condiciones para que se produzca la detonación.
La detonación o picado puede ser causada por uno de los siguientes factores, o por una combinación de ellos:

• Diseño y/o forma de la cámara de combustión. Los motores antiguos (antes de 1950) son más propensos a la detonación que los motores actuales, debido a la forma de sus cámaras de combustión.
• Relación de compresión elevada, y por lo tanto, presión de compresión también elevada.
• Encendido mal sincronizado, con un grado de avance excesivo.
• Gasolina de octanaje inferior al especificado.
• Existencia de residuos incandescentes en las cámaras de combustión.

Corrección de la detonación

• Reducir la relación de compresión, utilizando, por ejemplo, una empaquetadura o junta de culata de mayor espesor.
• Usar combustible de mayor octanaje.
• Corregir la sincronización del encendido, de acuerdo a las especificaciones del fabricante.
• En los motores con Encendido del motor electrónico, se instala en ciertos casos un sensor de picado (knocking sensor), que atrasa momentáneamente el avance del encendido hasta que desaparece el fenómeno.

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ENTRADAS RELACIONADAS

• Preignición y Detonación

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FUENTE


Motores endotérmicos - Dante Giacosa - Ed. Hoepli

 

Análisis de las Bujías - Diagnóstico de Problemas

Análisis de las Bujías - Diagnóstico de Problemas

Analizando el color, la separación y los depósitos encontrados en la zona de combustión de una bujía se puede determinar el estado general de un motor y diagnosticar muchos problemas.

Estado Normal
- Los electrodos de la bujía presentan un color entre grisáceo y blanco, lo que es señal de que está operando dentro de sus especificaciones de rango térmico. - Los sistemas de ignición y alimentación de combustible están funcionando correctamente y las condiciones generales del motor son buenas.

Desgaste excesivo por uso
Síntomas - El incremento de la separación de las puntas de los electrodos, originado por un desgaste excesivo, puede producir fallas de ignición y alto consumo de combustible. - Otros componentes del sistema de ignición pueden sufrir daños tales como: bobina distribuidor, computadora o cables. Recomendaciones - Reemplace las bujías.

Abrillantamiento del aislante
Síntomas - La presencia de depósitos brillantes y/o amarillentos en el aislador puede ser indicativo de que la bujía ha trabajado por encima de su temperatura normal de operación. El exceso de temperatura puede causar que el combustible y los depósitos de carbón de la cámara de combustión se derritan en lugar de quemarse normalmente.

Exceso de aceite
Síntomas - La presencia de una capa negra y aceitosa en la bujía es señal de un exceso de aceite en la cámara de combustión. Normalmente esto es el resultado de un avanzado estado de desgaste en algunos componentes del motor. Recomendaciones - Para fines de diagnóstico se recomienda verificar inicialmente el estado de las guías de válvulas, sellos de válvulas, los anillos del pistón y válvula PCV.

Daños mecánicos
Síntomas - La rotura o deformación en zonas de la bujía expuestas a la cámara de combustión puede tener su origen en la presencia de cuerpos extraños en la cámara, bujía incorrecta para la aplicación o desincronización del motor. Recomendaciones - Verifique la existencia de otros daños. Es importante que al momento de instalar nuevas bujías, esté seguro de que se instala la bujía recomendada para el vehículo.

Recalentamiento
Síntomas - El color opaco vitreado o con manchas marrones del aislador, son indicativo de recalentamiento del motor, el cual puede ser originado por detonación, incorrecta mezcla aire/combustible, inadecuado rango térmico de la bujía o fallas en el sistema de enfriamiento. Recomendaciones - Corrija el problema y reemplace las bujías por nuevas bujías Champion.

Depósitos de Ceniza
Síntomas - Los depósitos color café oscuro en los electrodos pueden originarse por exceso de aditivos en el aceite y/o en el combustible o por fallas de control de aceite en la cámara de combustión. Recomendaciones - Verifique el estado de los sellos y guías de válvulas, asi como el de los anillos de pistón. - Suspenda el uso de aditivo y reemplace la bujía.

Detonación
Síntomas - En la zona de combustión de la bujía aparecen manchas grises o negras. En los casos más graves también se observan grietas y/o roturas en el aislador. Recomendaciones - Asegúrese de utilizar combustible del octanaje apropiado. - Compruebe que el avance del encendido, el funcionamiento de los sistemas de refrigeración y escape, asi como la computadora del vehículo sea correcto, prestando especial atención a los sistemas del EGR y del sensor de detonación.

Exceso de Aditivos en los combustibles
Síntomas - La presencia de depósitos de color rojizo en la zona de combustión de la bujía es indicativo del uso de aditivos en el combustible. Aunque los aditivos limpiantes no dejan depósitos conductores de corriente, aquellos aditivos usados para elevar el octanaje, si dejan depósitos duros y conductores de corriente. Recomendaciones - Si los depósitos son duros suspenda el uso del aditivo y reemplace la bujía con la bujía Champion adecuada.

Exceso de Carbón
Síntomas - La presencia de depósitos blandos, secos y de color negro indican el uso de una mezcla de combustible con exceso de combustible (Rica), ignición débil y/o bujías de incorrecto rango térmico (Demasiado frías). Estos problemas dan como desultado combustión deficiente. - En cualquier motor, una fuga excesiva en el sistema de vacío puede afectar la unidad de vacío y causar este mismo problema. Recomendaciones - Compruebe que el rango térmico de la bujía sea el apropiado. - En los motores con inyección controlada electrónicamente verifique el funcionamiento de los inyectores, válvulas y circuitos de arranque en frío, así como el sistema de control de mínimo y el estado de la computadora. - En los motores carburados, compruebe el estado del estrangulador, resorte de mariposa y de la aguja de la válvula de potencia.

Pre-ignición
Síntomas - La bujía muestra señales de recalentamiento pudiendo estar también un electrodo o ambos derretidos. Recomendaciones - Compruebe que el rango térmico de la bujía sea el apropiado según el catálogo del fabricante de la bujía. - Asegúrese que el sistema de enfriamiento, el avance de encendido y la mezcla del combustible se adecuan a las especificaciones. - Preste especial atención a los sistemas EGR y del sensor de detonación. - La ruta inadecuada de los cables de las bujías puede provocar una inducción cruzada y la consecuente pre-ignición. - Identifique la causa de la pre-ignición y compruebe las condiciones mecánicas del motor antes de reemplazar las bujías.

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ENTRADAS RELACIONADAS

Mire el motor a través de sus bujías
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FUENTE:

La formación de la Mezcla y la Combustión en Motores Diesel

La formación de la mezcla y la combustión

Factores que intervienen en la formación de la mezcla.

Posiciones de elementos bombantes Bosch para distintas cargas.

En los motores de explosión se comprime una mezcla homogénea de proporciones adecuadas de las masas de aire y combustible previamente preparada en el carburador o directamente en el múltiple de admisión en el caso de motores con sistema de inyección electrónica.

Carburador Básico.

En cambio, en los motores Diesel la mezcla del combustible con el aire se realiza al mismo tiempo que su combustión, únicamente las primeras partículas de combustible inyectado encuentran a su entrada en el cilindro aire puro, las restantes tienen que atravesar los productos de una combustión en los que el aire ya ha sido utilizado. Esto da lugar a que en el cilindro existan zonas con exceso de combustible, mientras que en otras el aire es difícilmente alcanzado por el combustible.
Por consiguiente, es necesario que el combustible inyectado quede distribuido perfectamente en la cámara de combustión con la mayor rapidez posible. Para conseguir esto, a la cámara de combustión se le ha dado formas especiales de modo que se adapte a la forma del chorro.
Al aire de aspiración se le imprime un movimiento de rotación durante la carrera de aspiración, valiéndose para ello de la pantalla deflectora, dispuesta en la válvula de admisión o en virtud de la forma especial del conducto de aspiración, que da lugar a que al entrar el aire en una sola dirección y ser desviado por las paredes del cilindro adquiere un movimiento de rotación, contándose así para la combustión con una ayuda eficaz que favorece a la formación de la mezcla. Y por último, dotando a los inyectores con toberas de agujeros múltiples.

La temperatura y la compresión en el desarrollo de la combustión.
EL proceso de combustión en los motores de explosión se inicia por la inflamación de la mezcla en un punto perfectamente determinado de la cámara de combustión, propagándose con gran rapidez por toda la masa.
En los motores Diesel, el encendido se inicia simultáneamente en una zona considerable de la cámara de combustión, complicándose el desarrollo de la combustión por la simultaneidad de los fenómenos de la mezcla del combustible pulverizado con el aire y del calentamiento del combustible hasta su punto de encendido.
La duración de la combustión en los motores Diesel, depende de la rapidez con que la temperatura de encendido alcance el centro de las partículas combustibles. La combustión que se inicia en la superficie de la partícula crea a su alrededor una atmosfera de gases inertes que dificultan la continuación de esta. Sin embargo, el movimiento relativo que se produce entre el combustible pulverizado y el aire, origina una especie de barrido de los gases quemados permitiendo que el combustible en franca combustión entre nuevamente en contacto con el aire aportado.
La acción de este barrido que favorece en gran manera la rapidez de la combustión, es tanto más acusado cuanto mayor sea la turbulencia del aire y la velocidad relativa de las partículas combustibles, especialmente si son opuestas las direcciones del chorro de combustible y del aire.
Otros de los hechos que favorecen la combustión en los motores Diesel es el descenso del punto de encendido del combustible al aumentar la presión de compresión.
En un motor Diesel el aumento de la presión de compresión se manifiesta en un aumento de la temperatura del aire comprimido en la cámara de combustión, lo cual se traduce en una mayor diferencia de temperatura entre las partículas de combustible y el aire que las rodea, favoreciendo su calentamiento y disminuyendo el retardo del encendido y, por consiguiente, la tendencia del "pistoneo" propio de los motores Diesel, llamado por algunos autores como "Golpe Diésel".

Coeficiente de exceso de aire.
En los motores de explosión se consigue formar una mezcla de proporciones adecuadas de las masas de aire y combustible apta para desarrollar la máxima cantidad de calor. La mezcla intima se realiza antes del encendido con lo que el combustible puede arder totalmente si se mezcla con la cantidad de aire preciso.
Por el contrario, en el motor Diesel la formación de la mezcla y la combustión se realiza simultáneamente, no siendo por ello posible que las partículas de combustible encuentren el oxigeno necesario para su combustión, a no ser que el aire esté presente en abundancia.
La cantidad de aire que necesita un combustible para arder completamente depende de su composición química, o sea de los cuerpos que entran en su composición y la cantidad de cada uno de ellos. Teóricamente se admite que la combustión de 1 kg. de combustible liquido precisa 15 kg. de aire. Sin embargo, el proceso de la formación de la mezcla y su combustión, requiere, con objeto de alcanzar la combustión completa, una mayor cantidad de aire del que resulta del calculo teórico, con el fin de asegurar la suficiente aportación de oxigeno y originar una combustión rápida y completa.
En la práctica, y especialmente por lo que se refiere al motor Diesel, es necesario un exceso de aire para que la combustión sea completa.

Este exceso de aire, conocido por coeficiente de exceso de aire, lamentablemente reduce la potencia que podría obtenerse de un cilindro de determinadas condiciones, al ser menor la cantidad de combustible que teóricamente puede quemar.
El coeficiente de exceso de aire, se expresa mediante la relación:

C= Gr/Gt

Siendo C el coeficiente de exceso de aire, Gr a cantidad de aire real y Gt a la teórica.
La mejor práctica aconsejable es contar con un 60% de exceso de aire para obtener una combustión eficiente.

La combustión; procedencia de los humos.
La combustión es el fenómeno que da lugar a la producción de trabajo. El estudio del problema de la combustión, ha conducido a ciertas observaciones importantes.
La observación de los gases quemados a su salida de los colectores de escape es un medio precioso que sirve para averiguar cómo se realiza la combustión en el interior del cilindro, y constituye un elemento importante para la condición del motor.
No se debe olvidar que un motor bien regulado, atendido y sin sobrecarga, ha de facilitar en el escape unos gases quemados incoloros, la señal corriente de una combustión mala es el humo que aparece en el escape.
Es evidente que se pueden sacar múltiples consecuencias de la aparición de humos azules o negros en la salida de los colectores de escape del motor Diesel.

Los humos azulados indican que los gases contienen aceites recalentados en estado de vapor sin quemar. Los humos son sensiblemente más grises y menos azulados cuando el aceite de engrase se quema, esto es debido a que algunos aros no son suficientemente estancos por haberse rota o deformado, lo que permite que el aceite de engrase pase a la cámara de combustión.

Los humos gris/negros o negruzcos indican en general un exceso de combustible o bien que este se quema parcialmente. En los motores de dos tiempos la presencia de humo negro puede ser debida a una defectuosa regulación de la presión de barrido o también a una avería de las bombas de barrido.

En todos los casos es preciso eliminar las causas de la aparición de los humos negros, porque van siempre acompañados de efectos desastrosos para el funcionamiento del motor. Aparecen inevitablemente depósitos bituminosos y de carbón que se depositan en los vástagos de las válvulas produciendo su agarrotamiento, así como en toda la superficie troncocónica de los émbolos, donde puede ser la causa de que los aros de peguen.

Los humos blancos en el escape proceden de la vaporización de cierta cantidad de agua, este hecho se presenta por lo general al arrancar el motor a causa de las condensaciones de agua en los cilindros y colectores de escape.

Los cilindros que producen humo denotan temperaturas más elevadas indicadas por el pirómetro colocado en el escape, puesto que la combustión retardada hace que salgan los gases aun en franca combustión a través de las galerías o válvulas de escape.

Efecto de la combustión imperfecta: origen de las chispas.
Cuando el combustible no encuentra la suficiente cantidad de aire para la perfecta combustión, una parte del carbono contenido en el combustible se quemara de manera imperfecta, dando como resultado oxido de carbono. Por lo tanto la presencia de oxido de carbono en el escape es un síntoma que acompaña a la combustión incompleta.
El resultado de una mala combustión es la formación de depósitos que se producen en las cámaras de combustión, los cuales pueden ocasionar perturbaciones en el funcionamiento del motor, especialmente cuando estos depósitos de carbón se han endurecido y se encuentran en las válvulas, en la cabeza del embolo y en toda la cámara de combustión.
El origen de las chispas es una consecuencia de los residuos de la carbonilla, sedimentos y suciedades procedentes del combustible y del aire que no pudieron ser retenidos en los filtros, así como del contenido de cenizas.
El porcentaje de depósitos y cenizas de los combustibles debe de ser bajo con el fin de evitar el desgaste de los cilindros, válvulas y aros del motor. Es necesario que el combustible utilizando este relativamente libre de impurezas que son las que forman la mayor parte de las cenizas que contienen los depósitos de carbonilla.

"Pistoneo", autoencendido y detonación.
Por "pistoneo" se entiende un ruido claro, estridente y duro, que surge a veces en el punto muerto alto del cilindro y que no debe de confundirse con los otros más sordos, producidos, por ejemplo, por la flojedad o desgaste de las articulaciones.
El "pistoneo" en el motor Diesel está motivado por el adelanto de la inyección, que a su vez depende del tiempo requerido por el combustible para iniciar su combustión. En efecto, entre el momento en que se inicia la inyección del combustible y el instante en que comienzan a apreciarse los efectos de su combustión, existe un cierto intervalo de tiempo que se llama retardo al encendido. El combustible inyectado no se enciende instantáneamente, pues requiere un breve tiempo para comenzar su combustión, que depende entre otros factores de la calidad, presión en el interior del cilindro y temperatura del aire. Es evidente que cuanto mayor sea este retardo al encendido mayor será la acumulación de combustible en el cilindro que debe encenderse espontáneamente, el cual producirá un rápido aumento de presión que se percibe como un fuerte golpe o detonación.
Interesa, a fin de reducir este "pistoneo" perjudicial, además de la calidad del combustible utilizado con un alto índice de cetano, que facilita una mejor tendencia a la detonación, conseguir una relación de compresión elevada que contribuya a acelerar la combustión y se pueda, con ello, disminuir el adelanto de la inyección.

El autoencendido y la detonación son dos fenómenos propios de los motores de explosión.
El autoencendido se produce siempre durante el periodo de compresión al rebasar la temperatura de encendido del combustible y sin necesidad de chispa eléctrica. De ello, se deduce la necesidad, para evitar el autoencendido, que la temperatura alcanzada por la mezcla en la compresión sea bastante inferior a la de dicho punto. Es necesario disponer de cierto margen, toda vez que no es la temperatura media de la masa gaseosa comprimida la que debe de considerarse, sino la máxima temperatura que pueda existir en un punto cualquiera de la cámara de combustión, que es lo que en definitiva puede provocar la explosión anticipada. Los valores que esta temperatura máxima suele alcanzar es considerable y muy superior a la temperatura media de la masa gaseosa, ello es debido a la presencia de puntos incandescentes en las válvulas de escape o en los electrodos de las bujías, o bien por depósitos incandescentes de carbonilla adheridos a las paredes del cilindro o en la cabeza del embolo.

En cambio, la detonación se produce durante la última fase de la combustión, a consecuencia de la combustión espontanea y simultanea de toda la mezcla que aun no ha sido quemada, inicialmente solo se enciende una pequeña parte de la masa explosiva próxima a la bujía.
A medida que la combustión se propaga progresivamente con una velocidad variable que depende de la riqueza de la mezcla y de su temperatura, el frente de la llama se ensancha y al hacerlo comprime la mezcla sin quemar hasta el punto de encendido, dando lugar a una combustión instantánea con un aumento considerable de la presión, que origina una onda explosiva que, a su vez, golpea las paredes del cilindro y que se percibe como un ruido metálico u agudo que acompaña a la combustión.
La detonación produce un calentamiento excesivo de las válvulas, embolo, culata, bujías y bloque del cilindro, así como una considerable pérdida de potencia. Para evitar la detonación en los motores de explosión, es preciso que los combustibles tengan una mayor estabilidad química, lo cual se consigue mediante los llamados antidetonantes que aumentan convenientemente el índice de octano de los combustibles utilizados.
Vemos, pues, que los factores que tienden a aumentar la tendencia a la detonación en un motor de explosión, tienden en cambio a disminuirla en un motor Diesel. En un motor de explosión, es conveniente que el punto de encendido sea lo más elevado posible, a fin de evitar la detonación de la última porción de la carga que se quema. Por el contrario, en el motor Diesel interesa que el punto de encendido sea lo más bajo posible, a fin de que el combustible pueda entrar en combustión en el tiempo más breve posible después de su inyección en la cámara de combustión.

Medios para evitar el "pistoneo": índice de octano, cetano y ceteno; su determinación.
El aumento del rendimiento teórico, requiere para ello aumentar el grado de compresión. Por lo que se refiere al motor de explosión, ello entraña una mayor facilidad de producir el autoencendido, siendo preciso emplear los medios necesarios para combatirlo. Pera ello se utilizan procedimientos químicos que facilitan una elevada estabilidad química de los combustibles, es decir, una mayor aptitud antidetonante, la cual viene determinada por el índice de octano. Este índice de octano, definido como la resistencia que poseen los combustibles de oponerse al fenómeno de la detonación, se determina por comparación con un combustible compuesto de heptano y de iso-octano.
En los motores Diesel en cambio, interesa que los combustibles utilizados posean una temperatura de encendido baja con objeto de disminuir en lo posible el retardo del encendido, que es un factor de gran importancia en el funcionamiento del motor, porque de él dependen la violencia o la suavidad de la combustión.
Con el fin de valorar el comportamiento de los combustibles utilizados en los motores Diesel, se estableció el índice de cetano de cualidades totalmente opuestas al índice de octano. El índice de cetano nos define la facilidad de encendido del combustible; este número o índice expresa el porcentaje de una mezcla de cetano y alfametilnaftaleno que produce igual comportamiento que el del combustible que se ensaya.
Para determinar la cualidad de encendido se empleo el ceteno (C16H32) y el alfametilnaftaleno (C11 H10) como combustible de referencia, pero siendo el cetano un combustible de la serie de los hidrocarburos no saturados, se mostro bastante inestable y, en consecuencia, con resultados poco satisfactorios, motivo por el cual fue sustituido por el cetano (C16H34) de la serie de los hidrocarburos saturados.
Así, pues, la cantidad de cetano contenida en una mezcla con alfametilnaftaleno, determina por comparación con un combustible su índice de cetano, siendo el índice del cetano puro 96.

Índice diesel.
La determinación del índice de cetano presenta el inconveniente de precisar equipos costosos además de tener que realizar constantes ensayos de laboratorio. Por dicho motivo, se pensó en relacionar algunas de las propiedades físicas de los combustibles utilizados en los motores Diesel, a fin de establecer un juicio más fácil sobre el comportamiento de un combustible dado. En este sentido se estableció el índice Diesel, que viene dado por la formula:

Índice Diesel = Punto de anilina (grados F) x Densidad A.P.I./100

El punto de anilina se halla calentando al baño de maría una mezcla de partes iguales de anilina y de la muestra del combustible cuyo índice Diesel se desea determinar, hasta que forme una solución clara; seguidamente se deja enfriar y en el instante en que la mezcla empieza a enturbiarse, la temperatura que entonces acuse, expresada en grados Fahrenheit, constituirá el llamado índice de anilina.

La densidad A.P.I. (American Petroleum Institut) guarda una estrecha relación con el peso específico, expresada mediante la siguiente ecuación:

Densidad A.P.I. = 141,5/Peso especifico - 131,5

El índice Diesel no difiere mucho en magnitud al índice de cetano del mismo combustible.

FUENTES:

M.J.D.

http://elmotordieselmarino.blogspot.com.ar/2011/10/la-formacion-de-la-mezcla-y-la.html

Maq 306 Motores a Explosión Capítulo 9 Carburación