LA DETONACIÓN

La detonación en motores de combustión forzada (con bujía) es un fenómeno indeseable y constituye uno de los problemas más frecuentes e incómodos que pueden sucederle a un motor de gas. Puede suponer desde una simple pérdida de rendimiento hasta averías de gran importancia. Este artículo analiza sus causas y qué hacer cuando aparecen.

Por Santiago García Garrido
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LA DETONACIÓN

Se produce DETONACIÓN en un motor de gas cuando el frente de llama se propaga a una velocidad superior a la del sonido, siendo la onda de presión la que incrementa la energía de los gases no quemados mediante compresión.

La energía que inicia la reacción de combustión no la produce ni el arco eléctrico de la bujía ni la llama que se va desplazando, sino el aumento de temperatura local que sigue al aumento de presión. Esa detonación provoca una combustión anormal que no mejora el rendimiento del motor y que, por su violencia, puede causar daños mecánicos graves en los pistones u otras partes de la cámara.
Cuando el pistón ha alcanzado el punto muerto superior la combustión es ya completa, y se ha generado una fuerza durante la subida del pistón opuesta al movimiento de éste. El sonido metálico característico de la detonación se produce porque la onda expansiva choca contra el pistón cuando aún está subiendo (durante la carrera de compresión). Cuando existe detonación, se dice que el motor «pica» (o incluso «pica bielas», aunque las bielas no tienen nada que ver en el origen pero si sufren las consecuencias).


Detonación, encendido superficial y autoencendido

Para una relación aire/combustible dada, los hidrocarburos más complejos que forman parte de la mezcla, o sea aquellos con más átomos de carbono, quemarán a mayor velocidad que los hidrocarburos presentes con menos átomos de carbono.
Durante el proceso de compresión, se eleva la temperatura de la porción de la mezcla fresca. Si se excede una temperatura determinada, se generan una serie de radicales libres que facilitan que se autoencienda la mezcla no quemada e instantáneamente se libera su energía antes de lo previsto. Este impulso de calor liberado genera un alto salto de presión local que excita las frecuencias naturales mecánicas y acústicas del cilindro. A este fenómeno, de efectos nocivos para el motor se le denomina, como ya se ha visto, <detonación>.
Los efectos nocivos de la detonación son los siguientes:
  • Se aumentan el desprendimiento de calor con lo que se sobrecalienta el motor y se pueden destruir algunas piezas de la cámara. Las camisas y las válvulas (especialmente las de escape) suelen verse afectadas negativamente  por este efecto
  • Se destruye la película de aceite por lo que se desgasta y corroe más la parte superior de la camisa.
  • A consecuencia de las vibraciones que se provocan en el pistón y en la biela, se destruyen las capas antifricción de los cojinetes.
Las variables principales de las que depende la detonación son las siguientes:
  • La composición del combustible
  • El avance del encendido
  • La relación de compresión
  • El diseño de la cámara

Detonación y relación de compresión

Cuando hablamos de  relación de compresión nos referimos a la relación que hay entre el volumen del cilindro cuando el pistón ocupa el punto muerto inferior (PMI) y el que queda cuando ocupa el punto muerto superior (PMS). Entonces a una mayor relación de compresión implica un mayor estrechamiento de la mezcla aire-gasolina en la carrera de compresión. Hay una presión inicial más elevada al principio de la carrera de trabajo. Esto significa  una mayor presión sobre el pistón cuando comienza la combustión de la mezcla. Este hecho brinda una gran ventaja; cuanto mayor sea la presión sobre el pistón durante la combustión, mayor será el trabajo resultante. Por tanto, aumentando la relación de compresión aumentamos la potencia de salida del motor. Esta es la razón por la cual los fabricantes producen motores con relación de compresión cada vez más altas. Con rediseños del motor, en lo relativo a la relación de compresión, se consigue aumentar la potencia de salida sin un aumento comparable del tamaño. De hecho, los motores  modernos de alta compresión pesan mucho menos y son mucho más potentes que los antiguos. Pero el aumento de la relación de compresión, tiene ciertas dificultades. Un motor de alta compresión tiene una mayor tendencia a detonar. Esto ha hecho indispensable  encontrar combustibles resistentes a la detonación  para este tipo de motores. Para hallar estos combustibles ha sido necesario un gran esfuerzo en los laboratorios de investigación y muchos ensayos.

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