Una bujía se compone de una carcasa, un aislante y el conductor central. Pasa a través de la pared de la cámara de combustión y, por lo tanto, también debe sellar la cámara de combustión contra las altas presiones y temperaturas sin deteriorarse durante largos períodos de tiempo y uso prolongado.
Las bujías se especifican por el tamaño, ya sea de rosca o tuerca (a menudo referido como Euro), el tipo de sellado (cónico o arandela de aplastamiento), y el espacio de chispa. Los tamaños de rosca común (tuerca) en Europa son 10 mm (16 mm), 14 mm (21 mm; a veces, 16 mm) y 18 mm (24 mm, a veces, 21 mm). En los Estados Unidos, los tamaños de rosca (tuerca) comunes son 10 mm (16 mm), 12 mm (14 mm, 16 mm o 17,5 mm), 14 mm (16 mm, 20,63 mm) y 18 mm (20,63 mm).
Partes de la bujíaEditar
TerminalEditar
La parte superior de la bujía contiene un terminal para conectarse al sistema de encendido. A lo largo de los años, los fabricantes han introducido variaciones en la configuración de los terminales. La construcción exacta de los terminales varía según el uso de la bujía. La mayoría de los cables de las bujías de los turismos se encajan en el terminal de la bujía, pero algunos cables tienen conectores de ojal que se fijan a la bujía bajo una tuerca. La configuración estándar de tuerca sólida no desmontable SAE es común para muchos coches y camiones. Las bujías que se utilizan para estas aplicaciones suelen tener el extremo del terminal que sirve de tuerca en un eje roscado fino, de modo que pueden utilizarse para cualquier tipo de conexión. Este tipo de bujías tiene una tuerca o moleta extraíble, lo que permite a sus usuarios acoplarlas a dos tipos diferentes de botas de bujías. Algunas bujías tienen una rosca desnuda, que es un tipo común para las motocicletas y los vehículos todo terreno. Por último, en años muy recientes, se ha introducido un terminal tipo copa, que permite tener un aislador cerámico más largo en el mismo espacio reducido.
AisladorEditar
La parte principal del aislador suele estar hecha de alúmina sinterizada (Al2O3), un material cerámico muy duro y de gran resistencia dieléctrica, impreso con el nombre del fabricante y las marcas identificativas, y luego esmaltado para mejorar la resistencia al rastreo superficial de las chispas. Sus principales funciones son proporcionar un soporte mecánico y un aislamiento eléctrico para el electrodo central, al tiempo que proporciona una trayectoria de chispa extendida para la protección contra el fogonazo. Esta parte ampliada, especialmente en los motores con bujías profundamente empotradas, ayuda a extender el terminal por encima de la culata para que sea más fácilmente accesible.
Nervaduras
Al alargar la superficie entre el terminal de alta tensión y la caja metálica conectada a tierra de la bujía, la forma física de las nervaduras funciona para mejorar el aislamiento eléctrico y evitar que la energía eléctrica se filtre a lo largo de la superficie del aislador desde el terminal hasta la caja metálica. El camino interrumpido y más largo hace que la electricidad encuentre más resistencia a lo largo de la superficie de la bujía, incluso en presencia de suciedad y humedad. Algunas bujías se fabrican sin nervaduras; las mejoras en la resistencia dieléctrica del aislador las hacen menos importantes.
Punta del aisladorEditar
En las bujías modernas (posteriores a los años 30), la punta del aislante que sobresale en la cámara de combustión es la misma cerámica de óxido de aluminio (alúmina) sinterizada que la parte superior, simplemente sin esmaltar. Está diseñada para soportar 650 °C (1.200 °F) y 60 kV.
Las bujías más antiguas, sobre todo en los aviones, utilizaban un aislante hecho de capas apiladas de mica, comprimidas por la tensión en el electrodo central.
Con el desarrollo de la gasolina con plomo en la década de 1930, los depósitos de plomo en la mica se convirtieron en un problema y redujeron el intervalo entre la necesidad de limpiar la bujía. La alúmina sinterizada fue desarrollada por Siemens en Alemania para contrarrestar esta situación. La alúmina sinterizada es un material superior a la mica o la porcelana porque es un conductor térmico relativamente bueno para una cerámica, mantiene una buena resistencia mecánica y una buena resistencia al choque (térmico) a temperaturas más altas, y esta capacidad de funcionar en caliente le permite funcionar a temperaturas de «autolimpieza» sin una rápida degradación. También permite una construcción sencilla de una sola pieza a bajo coste pero con alta fiabilidad mecánica. Las dimensiones del aislador y del núcleo metálico conductor determinan el rango térmico de la clavija. Los aisladores cortos suelen ser bujías «más frías», mientras que las bujías «más calientes» se fabrican con un recorrido alargado hasta el cuerpo metálico, aunque esto también depende del núcleo metálico conductor térmico.
SellosEditar
Debido a que la bujía también sella la cámara de combustión del motor cuando se instala, se necesitan sellos para garantizar que no haya fugas de la cámara de combustión. Los sellos internos de las bujías modernas están hechos de polvo de vidrio/metal comprimido, pero los sellos de estilo antiguo se hacían normalmente mediante el uso de una soldadura de varias capas. La junta externa suele ser una arandela de aplastamiento, pero algunos fabricantes utilizan el método más barato de una interfaz cónica y una simple compresión para intentar el sellado.
Caja/cáscara de metalEditar
La caja/cáscara de metal (o la camisa, como muchos la llaman) de la bujía soporta el par de apriete de la bujía, sirve para eliminar el calor del aislador y pasarlo a la culata, y actúa como tierra para las chispas que pasan por el electrodo central al electrodo lateral. Las roscas de las bujías se laminan en frío para evitar la fatiga por ciclos térmicos. Es importante instalar las bujías con el «alcance» o longitud de rosca correcto. Las bujías de encendido pueden tener un alcance que va de 0,095 a 2,649 cm (de 0,0375 a 1,043 pulgadas), por ejemplo, para aplicaciones de automoción y de motores pequeños. Además, la carcasa de una bujía marina es de metal recubierto de cromato de zinc de doble inmersión.
Electrodo centralEditar
El electrodo central está conectado al terminal a través de un cable interno y comúnmente una resistencia cerámica en serie para reducir la emisión de ruido de radiofrecuencia de la chispa. Las bujías sin resistencia, que comúnmente se venden sin una «R» en el número de pieza del tipo de bujía, carecen de este elemento para reducir las interferencias electromagnéticas con las radios y otros equipos sensibles. La punta puede estar hecha de una combinación de cobre, níquel-hierro, cromo o metales nobles.
A finales de la década de 1970, el desarrollo de los motores llegó a una fase en la que el rango de calor de las bujías convencionales con electrodos centrales de aleación de níquel sólido era incapaz de hacer frente a sus demandas. Una bujía que estuviera lo suficientemente fría para hacer frente a las exigencias de la conducción a alta velocidad no podría quemar los depósitos de carbono causados por las condiciones urbanas de parada y arranque, y se ensuciaría en estas condiciones, haciendo que el motor fallara. Del mismo modo, una bujía lo suficientemente caliente como para funcionar sin problemas en la ciudad podría derretirse cuando se le exigiera una conducción prolongada a alta velocidad en las autopistas. La respuesta a este problema, ideada por los fabricantes de bujías, consistió en utilizar un material y un diseño diferentes para el electrodo central que fuera capaz de transportar el calor de la combustión fuera de la punta con más eficacia que una aleación sólida de níquel. El cobre fue el material elegido para la tarea y Floform creó un método para fabricar el electrodo central con núcleo de cobre.
El electrodo central suele ser el diseñado para expulsar los electrones (el cátodo, es decir, la polaridad negativa con respecto al bloque del motor) porque normalmente es la parte más caliente de la bujía; es más fácil emitir electrones desde una superficie caliente, debido a las mismas leyes físicas que aumentan las emisiones de vapor desde las superficies calientes (véase la emisión termoiónica). Además, los electrones se emiten allí donde la intensidad del campo eléctrico es mayor; es decir, desde donde el radio de curvatura de la superficie es menor, desde una punta o borde afilado y no desde una superficie plana (véase descarga de corona). El uso del electrodo lateral más frío y romo como negativo requiere una tensión hasta un 45% mayor, por lo que pocos sistemas de encendido, aparte de la chispa residual, están diseñados de esta manera. Los sistemas de chispa perdida suponen un mayor esfuerzo para las bujías, ya que disparan alternativamente los electrones en ambas direcciones (del electrodo de masa al electrodo central, no sólo del electrodo central al de masa). Como resultado, los vehículos con un sistema de este tipo deberían tener metales preciosos en ambos electrodos, no sólo en el electrodo central, para aumentar los intervalos de sustitución del servicio, ya que desgastan el metal más rápidamente en ambas direcciones, no sólo en una.
Lo más fácil sería extraer los electrones de un electrodo puntiagudo, pero un electrodo puntiagudo se erosionaría después de sólo unos segundos. En su lugar, los electrones se emiten desde los bordes afilados del extremo del electrodo; a medida que estos bordes se erosionan, la chispa se vuelve más débil y menos fiable.
En una época era habitual desmontar las bujías, limpiar los depósitos de los extremos, ya sea manualmente o con un equipo especializado de chorro de arena, y limar el extremo del electrodo para restaurar los bordes afilados, pero esta práctica se ha vuelto menos frecuente por tres razones:
- La limpieza con herramientas como un cepillo de alambre deja restos de metal en el aislador que pueden proporcionar una vía de conducción débil y, por tanto, debilitar la chispa (aumentando las emisiones).
- Las bujías son tan baratas en relación con el coste de la mano de obra, que la economía dicta la sustitución, especialmente con bujías modernas de larga duración.
- Las bujías de iridio y platino que tienen una vida útil más larga que el cobre se han vuelto más comunes.
- El desarrollo de electrodos de metales nobles para altas temperaturas (que utilizan metales como el itrio, el iridio, el tungsteno o el paladio, así como el platino, la plata o el oro de valor relativamente alto) permite el uso de un hilo central más pequeño, que tiene bordes más afilados pero que no se funde ni se corroe. Estos materiales se utilizan por sus elevados puntos de fusión y durabilidad, no por su conductividad eléctrica (que es irrelevante en serie con la resistencia o los hilos del enchufe). El electrodo más pequeño también absorbe menos calor de la chispa y la energía inicial de la llama.
Las bujías de polonio fueron comercializadas por Firestone desde 1940 hasta 1953. Aunque la cantidad de radiación de las bujías era minúscula y no suponía una amenaza para el consumidor, los beneficios de dichas bujías disminuían rápidamente después de aproximadamente un mes debido a la corta vida media del polonio, y porque la acumulación en los conductores bloqueaba la radiación que mejoraba el rendimiento del motor. La premisa detrás de la bujía de polonio, así como del prototipo de bujía de radio de Alfred Matthew Hubbard que la precedió, era que la radiación mejoraría la ionización del combustible en el cilindro y, por lo tanto, permitiría que la bujía se encendiera más rápida y eficientemente.
El electrodo lateral (de tierra) Editar
El electrodo lateral (también conocido como «correa de tierra») está hecho de acero de alto contenido en níquel y está soldado o forjado en caliente al lado de la carcasa metálica. El electrodo lateral también se calienta mucho, especialmente en los tapones de nariz proyectados. En algunos diseños se ha dotado a este electrodo de un núcleo de cobre para aumentar la conducción del calor. También se pueden utilizar varios electrodos laterales, para que no se superpongan al electrodo central. El electrodo de masa también puede tener pequeñas almohadillas de platino o incluso de iridio añadidas para aumentar la vida útil.
Gap de bujíaEditar
Gap gauge: Un disco con un borde cónico; el borde es más grueso yendo en sentido contrario a las agujas del reloj, y una bujía se enganchará a lo largo del borde para comprobar la separación.Las bujías suelen estar diseñadas para tener una separación de chispa que puede ser ajustada por el técnico que instala la bujía, doblando ligeramente el electrodo de masa. La misma bujía puede estar especificada para varios motores diferentes, requiriendo una separación diferente para cada uno. Las bujías de los automóviles suelen tener una separación de entre 0,6 y 1,8 mm (0,024 y 0,071 pulgadas). La separación puede requerir un ajuste a partir de la separación inicial.
Un calibrador de separación de bujías es un disco con un borde inclinado, o con cables redondos de diámetros precisos, y se utiliza para medir la separación. El uso de una galga de espesores con hojas planas en lugar de alambres redondos, como se utiliza en los puntos del distribuidor o en el juego de válvulas, dará resultados erróneos, debido a la forma de los electrodos de la bujía. Los calibradores más sencillos son un conjunto de llaves de distintos grosores que se ajustan a las holguras deseadas y se ajusta la holgura hasta que la llave encaje bien. Con la tecnología actual de los motores, que incorporan universalmente sistemas de encendido de estado sólido e inyección de combustible computarizada, las separaciones utilizadas son mayores en promedio que en la época de los carburadores y distribuidores de punto de ruptura, hasta el punto de que los calibradores de bujías de esa época no siempre pueden medir las separaciones necesarias de los coches actuales. Los vehículos que utilizan gas natural comprimido suelen requerir separaciones más estrechas que los vehículos que utilizan gasolina.
El ajuste de la separación puede ser crucial para el buen funcionamiento del motor. Un hueco estrecho puede dar una chispa demasiado pequeña y débil para encender eficazmente la mezcla de combustible y aire, pero la bujía casi siempre se encenderá en cada ciclo. Un hueco demasiado ancho puede impedir que la chispa se encienda del todo o puede fallar a altas velocidades, pero normalmente tendrá una chispa fuerte para una combustión limpia. Una chispa que intermitentemente no enciende la mezcla de combustible y aire puede no ser perceptible directamente, pero se mostrará como una reducción en la potencia del motor y la eficiencia del combustible.
Variaciones del diseño básicoEditar
Bujía con dos electrodos laterales (de masa)A lo largo de los años, las variaciones del diseño básico de la bujía han intentado proporcionar un mejor encendido, una mayor vida útil, o ambas cosas. Estas variaciones incluyen el uso de dos, tres o cuatro electrodos de tierra igualmente espaciados que rodean el electrodo central. Otras variaciones incluyen el uso de un electrodo central empotrado rodeado por la rosca de la bujía, que se convierte en el electrodo de masa (véase «bujía de descarga superficial», más adelante). También existe el uso de una muesca en forma de V en la punta del electrodo de masa. Los electrodos de masa múltiples suelen proporcionar una mayor vida útil, ya que cuando el hueco de la chispa se ensancha debido al desgaste de la descarga eléctrica, la chispa se desplaza a otro electrodo de masa más cercano. La desventaja de los electrodos de masa múltiples es que puede producirse un efecto de apantallamiento en la cámara de combustión del motor que inhibe la cara de la llama cuando se quema la mezcla de combustible y aire. Esto puede dar lugar a una combustión menos eficiente y a un mayor consumo de combustible. También son difíciles o casi imposibles de ajustar a otro tamaño de hueco uniforme.
Bujía de descarga superficialEditar
Un motor de pistón tiene una parte de la cámara de combustión que siempre está fuera del alcance del pistón; y esta zona es donde se encuentra la bujía convencional. Un motor Wankel tiene una zona de combustión que varía permanentemente; y la bujía es inevitablemente barrida por las juntas de la punta. Evidentemente, si una bujía sobresaliera en la cámara de combustión del Wankel, ensuciaría la punta giratoria; y si la bujía estuviera empotrada para evitarlo, la chispa hundida podría provocar una mala combustión. Así que se desarrolló un nuevo tipo de bujía de «descarga superficial» para el Wankel. Esta bujía presenta una cara casi plana hacia la cámara de combustión. El electrodo central sobresale muy poco y todo el cuerpo conectado a tierra de la bujía actúa como electrodo lateral. La ventaja es que la bujía se sitúa justo debajo del sello de la punta que la cubre, manteniendo la chispa accesible a la mezcla de combustible y aire. El «hueco de la bujía» se mantiene constante durante toda su vida, y la trayectoria de la chispa varía continuamente (en lugar de ir del centro al electrodo lateral como en una bujía convencional). Mientras que un electrodo lateral convencional (aunque rara vez) se desprende durante el uso y puede causar daños en el motor, esto es imposible con una bujía de descarga superficial, ya que no hay nada que se pueda romper. Las bujías de descarga superficial han sido producidas, entre otros, por Denso, NGK, Champion y Bosch.
Sellado en la culataEditar
Bujía vieja extraída de un coche, nueva lista para instalar.La mayoría de las bujías se sellan a la culata con una arandela metálica hueca o doblada de un solo uso que se aplasta ligeramente entre la superficie plana de la culata y la de la bujía, justo por encima de las roscas. Algunas bujías tienen un asiento cónico que no utiliza ninguna arandela. Se supone que el par de apriete para instalar estas bujías es menor que el de una bujía con asiento de arandela. Las bujías con asiento cónico nunca deben instalarse en vehículos con cabezas que requieran arandelas, y viceversa. De lo contrario, se produciría un mal sellado o un alcance incorrecto debido a que las roscas no se asientan correctamente en las cabezas.
Protuberancia de la puntaEditar
Diferentes tamaños de bujías. La bujía de la izquierda y la de la derecha son idénticas en cuanto a roscado, electrodos, saliente de la punta y rango térmico. La bujía del centro es una variante compacta, con porciones hexagonales y de porcelana más pequeñas fuera de la cabeza, para ser utilizada donde el espacio es limitado. La bujía de la derecha tiene una parte roscada más larga, para ser utilizada en una culata más gruesa.La longitud de la parte roscada de la bujía debe ajustarse al grosor de la culata. Si una bujía se extiende demasiado en la cámara de combustión, puede ser golpeada por el pistón, dañando el motor internamente. De forma menos dramática, si las roscas de la bujía se extienden en la cámara de combustión, los bordes afilados de las roscas actúan como fuentes puntuales de calor que pueden provocar el preencendido; además, los depósitos que se forman entre las roscas expuestas pueden dificultar la extracción de las bujías, llegando a dañar las roscas de las culatas de aluminio en el proceso de extracción.
La protuberancia de la punta en la cámara también afecta al rendimiento de las bujías; cuanto más centrada esté la abertura de la chispa, generalmente mejor será el encendido de la mezcla de aire y combustible, aunque los expertos creen que el proceso es más complejo y depende de la forma de la cámara de combustión. Por otro lado, si un motor está «quemando aceite», el exceso de aceite que se filtra en la cámara de combustión tiende a ensuciar la punta de la bujía e inhibir la chispa; en estos casos, una bujía con menos protuberancia de la que normalmente requiere el motor suele recoger menos suciedad y funciona mejor, durante más tiempo. Se venden adaptadores especiales «antiincrustantes» que se colocan entre la bujía y la culata para reducir la protuberancia de la bujía precisamente por esta razón, en los motores más antiguos con graves problemas de combustión de aceite; esto hará que el encendido de la mezcla de combustible y aire sea menos eficaz, pero en estos casos, esto es de menor importancia.
