domingo 15 de septiembre de 2019
MANTENIMIENTO | 23-09-2013 18:13

Motores a GNC-nafta: cómo alargar su vida

La detonación es un fenómeno anormal. Si bien el GNC tiene un alto poder antidetonante, las cosas se complican cuando se pasa al funcionamiento con nafta. ¿Cómo proceder para que el motor presente una larga vida útil? Los aditivos en la nafta.

Los modernos motores bi-combustible, que queman alternativamente gas natural comprimido (GNC) y nafta, son máquinas que tienen que funcionar con varios compromisos técnicos. En efecto, si el motor sólo quemara GNC, como es el caso de los motores “dedicados” (exclusivos a gas), el problema de la detonación quedaría solucionado, pero si es bi-combustible, es decir que también tiene que quemar nafta, y si las condiciones están dadas, la detonación y sus devastadores efectos se hacen presentes.

Todo esto significa que el motor bi-combustible no puede funcionar con las muy altas relaciones de compresión que admite el GNC, por ejemplo de 14 a 1, sino que dicha relación tiene que adaptarse a los límites que impone la nafta, por ejemplo, de 10 a 1. Pero así y todo, con 10 a 1, la compresión es alta para la nafta y el motor no producirá detonación, siempre que esté correctamente diseñado y cuando, durante su trabajo, conserve la perfecta puesta a punto del encendido y otros parámetros fundamentales, como el de usar las bujías especificadas por el fabricante y cargar combustible (nafta) con alto número de octanos, o, por lo menos, con el suficiente como para que el motor en particular no detone.

Combustión detonante

En determinadas condiciones, en los motores de encendido por chispa se produce un golpeteo metálico estridente, síntoma de que la combustión es detonante. Cuando la detonación es débil, el golpeteo se produce con ciertos intervalos y se parece al que suele oírse cuando la luz entre el cojinete de biela y el perno es exagerada. Al aumentar la intensidad de la detonación, en el cilindro del motor se oye un golpeteo fuerte y continuo. En estas condiciones, el funcionamiento del motor se hace inestable, disminuye el número de revoluciones del cigüeñal, se recalientan el pistón, el cilindro y su tapa, y aparece humo negro en los gases de escape.

Si el motor funciona durante mucho tiempo con la detonación se pueden quemar las aristas de los émbolos, las juntas de tapas de cilindros y los electrodos de las bujías de encendido. Las altas presiones locales que aparecen con la detonación crean cargas de impacto en el mecanismo de biela y manivela del cigüeñal y destruyen la capa antifricción de los cojinetes de las bielas. La destrucción de la película de aceite y la acción de las sustancias activas contenidas en los productos de la combustión provocan un desgaste intenso de la parte superior de las camisas de los cilindros. Por las razones que acabamos de exponer no debe tolerarse que el motor funcione mucho tiempo con detonación.

Los experimentos demuestran que, durante el proceso de la combustión, los gases quemados que se expanden comprimen delante de la llama la mezcla que todavía no arde, lo que hace que se eleve la temperatura.

Este aumento de la temperatura y de la presión de la parte no quemada de la mezcla de trabajo provoca en ella reacciones químicas de oxidación de las moléculas de combustible. Cuando las presiones y las temperaturas son suficientemente altas, estos compuestos se inflaman espontáneamente antes de que a esta parte de la mezcla de trabajo se acerque el frente de la llama. El proceso de combustión así iniciado se propaga rápidamente a las capas vecinas de la mezcla de trabajo, donde también se produjeron previamente condiciones de oxidación, según señala el ingeniero John Manning, del Centro de Investigación de Motores Harry Ricardo de Inglaterra.

Como resultado de semejante desarrollo de la combustión se originan ondas de choque que se propagan a gran velocidad por todo el espacio de la cámara de combustión y que, en las paredes, producen los golpes metálicos. Cuando estas ondas de choque entran en las zonas en que están a punto de terminar las reacciones químicas antes mencionadas provocan la explosión detonante. La onda detonante se propaga a la velocidad de 2.000-2.300 metros por segundo, de acuerdo con experimentos desarrollados en los laboratorios de investigación de General Motors en Detroit.

Alejando el peligro

Muchos motores modernos bi-combustible GNC-nafta, particularmente las unidades dotadas de un turbo, salen de fábrica con un preciso sensor de la detonación instalado en el block de cilindros y que consiste en un acelerómetro de cuarzo que genera una señal eléctrica cuando detecta las incipientes vibraciones típicas del comienzo de la detonación. Como este sensor está conectado a la computadora de gestión motriz, ésta retrasa el encendido y disminuye la presión que entrega el turbo (si el motor es sobrealimentado), medidas que alejan el peligro de la detonación. En otros tipos de motores, la detonación se detecta a través de las bujías, que actúan como sensores para comunicarse con la computadora. En este caso, una débil corriente que circula por las bujías durante el proceso de combustión detecta las partículas cargadas, llamadas iones. Sobre la base de su proporción, las bujías informan a la computadora acerca de cómo se desarrolla la combustión en los cilindros, y si es necesario actuar para suprimir eventuales procesos de detonación.

También es muy importante el trabajo que se realiza en los talleres de conversión de autos a GNC, porque en ellos se deben controlar todos los parámetros posibles que pudieran intervenir en la formación de la detonación. Por ejemplo, hay que poner muy bien a punto el encendido, controlar el estado de las bujías de encendido, y recomendar siempre el empleo de una nafta de excelente calidad y alto número de octanos. El momento más apropiado para hacer este trabajo es, por ejemplo, cuando se instala el emulador del encendido para GNC, que provee una curva de avance diferente a la programada para la nafta. También es muy importante verificar que la mezcla suministrada por el carburador, en los modelos de anteriores generaciones, no sea muy pobre, ya que, en este caso, la velocidad de combustión, la temperatura y la presión son máximas, lo que favorece la detonación. El GNC actualmente se aplica en los motores a inyección de nafta, tanto directa como indirecta.

Un motor puede también detonar por fallas en el sistema de enfriamiento del motor. Una parte del calor de los gases de combustión se transmite al medio refrigerante a través de las paredes. Si la extracción de calor disminuye se produce un recalentamiento de las superficies internas del cilindro, de su tapa y del pistón, lo que contribuye a que la combustión sea detonante.

La formación de carbonilla en la parte superior del motor es también un factor determinante que favorece la aparición de la detonación. Al depositarse la carbonilla en la cara superior del pistón y en la superficie de la tapa de cilindros (culata) que limita la cámara de combustión, empeora la extracción de calor de estas piezas y la temperatura de las superficies que forman la cámara se eleva. Además, a medida que se va depositando la carbonilla aumenta un poco la relación de compresión.

Si es inevitable que el motor funcione con carbonilla en las piezas antedichas, debe disminuirse el ángulo del avance al encendido.

(La nota completa, en Parabrisas de septiembre)

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