Un motor de bujía incandescente , o motor de incandescencia , es un tipo de motor de combustión interna pequeño [1] que se utiliza normalmente en modelos de aviones , modelos de coches y aplicaciones similares. El encendido se consigue mediante una combinación de calentamiento por compresión, calentamiento de una bujía incandescente y el efecto catalítico del platino dentro de la bujía incandescente sobre el metanol del combustible.
El inventor alemán Ray Arden inventó la primera bujía incandescente para motores modelo en 1947. [2]
Las bujías incandescentes que se utilizan en los motores de modelismo son significativamente diferentes de las que se utilizan en los motores diésel de tamaño completo . En los motores de tamaño completo, la bujía incandescente se utiliza solo para el arranque. En los motores de modelismo, la bujía incandescente es una parte integral del sistema de encendido debido al efecto catalítico del alambre de platino . La bujía incandescente es un filamento de alambre helicoidal duradero, principalmente de platino, empotrado en la punta de la bujía. Cuando una corriente eléctrica pasa por la bujía, o cuando se expone al calor de la cámara de combustión, el filamento se enciende, lo que le permite ayudar a encender el combustible especial que utilizan estos motores. Se puede aplicar energía mediante un conector especial que se fija al exterior del motor y puede utilizar una batería recargable o una fuente de alimentación de CC.
Hay tres tipos/formas (al menos) de bujías incandescentes. La bujía incandescente estándar, que viene en largo/estándar y corto (para motores más pequeños), tanto en configuraciones abiertas como de barra de ralentí, tiene un tubo roscado que penetra en la cámara de combustión en distintos grados. Debido al pequeño tamaño de la cámara de combustión, cambiar de marca o estilo de bujía incandescente estándar puede afectar la relación de compresión. Las bujías incandescentes de estilo Turbo (europeo/métrico) y estilo Nelson (norteamericano/inglés) no penetran en la cámara de combustión. En cambio, tienen un hombro en ángulo que se sella contra una superficie coincidente en la parte inferior del orificio de la bujía incandescente. A medida que se instala una bujía Turbo o Nelson y sella la cámara de combustión, crean una superficie lisa dentro de la cabeza. Esta superficie lisa es muy deseable para aplicaciones de alto rendimiento, como eventos de velocidad de línea de control y también autos RC de altas revoluciones. El diseño de las bujías Turbo/Nelson permite cambiar entre marcas sin la posibilidad de afectar la compresión. Las bujías Turbo y Nelson no son intercambiables ya que tienen diferentes roscas y dimensiones.
El combustible incandescente generalmente consiste en metanol con diversos grados de contenido de nitrometano como oxidante para una mayor potencia, generalmente entre el 5% y el 30% de la mezcla total. Estos volátiles se suspenden en un aceite base de aceite de ricino , aceite sintético o una mezcla de ambos para lubricación y control del calor. El sistema de lubricación es de tipo "pérdida total", lo que significa que el aceite se expulsa por el escape después de circular por el motor. El combustible se enciende cuando entra en contacto con el elemento calefactor de la bujía incandescente. Entre las carreras del motor, el cable permanece caliente, y continúa brillando en parte debido a la inercia térmica, pero en gran medida debido a la reacción de combustión catalítica del metanol que queda en el filamento de platino. Esto mantiene caliente el filamento, lo que le permite encender la siguiente carga, manteniendo así el ciclo de potencia.
Algunos motores de aeronaves están diseñados para funcionar con combustible sin ningún contenido de nitrometano. El combustible incandescente de este tipo se conoce como "combustible FAI", en honor al organismo rector aeronáutico del mismo nombre, que exige dicho combustible en algunas competiciones.
Para poner en marcha un motor incandescente, se aplica una corriente continua de alrededor de 3 amperios y 1,5 voltios a la bujía desde un "encendedor de bujías incandescentes" o "controlador de bujías incandescentes", alimentado por una batería recargable de una sola celda de alta corriente, o un "panel de alimentación" especialmente diseñado que funciona con una fuente de 12 V CC. [3] La corriente calienta el filamento de platino, lo que hace que brille al rojo vivo, de ahí el nombre. Luego, el motor se hace girar desde el exterior utilizando una manivela manual, un arrancador de retroceso integrado basado en una cuerda, un motor con resorte o un motor eléctrico especialmente diseñado , o con la mano, para introducir combustible en la cámara. Una vez que el combustible se ha encendido y el motor está en marcha, la conexión eléctrica ya no es necesaria y se puede quitar. Cada combustión mantiene caliente el filamento de la bujía incandescente, lo que, junto con la catálisis de la oxidación del metanol por el platino, permite la ignición de la siguiente carga en un ciclo de energía autosostenible. [4] [3]
La batería recargable puede ser de NiMH , NiCD , Li-ion o plomo-ácido . Los voltajes más altos con carga completa de las celdas de plomo-ácido (2.0) y Li-ion (4.2), si se aplican directamente a una bujía incandescente normal de 1.5 voltios, harán que se queme instantáneamente, por lo que se puede utilizar una resistencia del valor y potencia adecuados, o la unión base/emisor de un transistor de germanio de alta potencia (en una conexión en serie con uno de los terminales de la bujía) para limitar la corriente a través de la bujía a un nivel apropiado. Incluso con una entrada de energía adecuada, las bujías incandescentes pueden quemarse en cualquier momento, y se recomienda a los aficionados que lleven repuestos. [5]
Técnicamente, un motor de bujía incandescente es bastante similar a un motor diésel y a un motor de bulbo caliente en el sentido de que utiliza calor interno para encender el combustible, pero dado que el tiempo de encendido no está controlado por inyección de combustible (como en un motor diésel común) o eléctricamente (como en un motor de encendido por chispa), debe ajustarse modificando la mezcla de combustible y aire y el diseño de la bujía y la bobina (normalmente mediante el ajuste de varias entradas y controles en el propio motor). Una mezcla más rica tenderá a enfriar el filamento y, por lo tanto, a retardar el encendido, lo que ralentizará el motor. Una mezcla más pobre produce más potencia, pero el motor está menos lubricado, lo que puede provocar sobrecalentamiento y detonación. Esta "configuración" también se puede ajustar utilizando distintos diseños de bujías para un control térmico más exacto. De todos los tipos de motores de combustión interna, el motor de bujía incandescente es el que más se parece al motor de bulbo caliente , ya que en ambos tipos el encendido se produce debido a un "punto caliente" dentro de la cámara de combustión del motor.
Los motores de bujías incandescentes pueden diseñarse para funcionar en dos tiempos (encendido en cada rotación) o en cuatro tiempos (encendido cada dos rotaciones). [4] La versión de dos tiempos (o de dos tiempos) produce más potencia, pero los motores de cuatro tiempos tienen un par motor más alto en el extremo inferior, son menos ruidosos y tienen un sonido más grave y realista. [5]
Un motor con bujías incandescentes debe funcionar con la temperatura de bujía incandescente correcta. Los motores grandes pueden funcionar con temperaturas más bajas, mientras que los motores más pequeños irradian calor al aire más rápidamente y requieren una bujía incandescente más caliente para mantener la temperatura correcta para el encendido. La temperatura ambiente también determina la mejor temperatura de la bujía incandescente; en climas fríos, se necesitan bujías más calientes. Dado que los motores con bujías incandescentes se enfrían por aire, un motor que "funciona caliente" a veces puede beneficiarse de una temperatura de bujía más baja, aunque esto puede causar un ralentí más irregular y dificultad para ajustar. También se debe considerar la velocidad de funcionamiento del motor; si el motor va a funcionar a RPM constantemente altas, como en un avión o un automóvil en una pista mayormente recta, una temperatura de bujía más baja es más eficiente. Si el motor va a funcionar a RPM más bajas, la combustión no calentará tanto el motor y se requiere una bujía más caliente.
También se debe tener en cuenta el tipo de combustible y la mezcla de combustible y aire. Cuanto mayor sea el contenido de nitrometano en el combustible, más caliente arderá; los combustibles con alto contenido de "nitro" requieren bujías incandescentes más frías. Las mezclas pobres (relación combustible-aire baja) arden más calientes que las mezclas ricas (relación combustible-aire más alta) y las temperaturas de funcionamiento pueden elevarse a niveles que pueden destruir prematuramente la bujía incandescente si se utiliza una mezcla demasiado pobre ("exceso de pobreza").
Si el motor pierde velocidad ("se desploma") cuando se quita la energía de la batería, se debe aumentar la temperatura de la bujía o el contenido de nitrometano del combustible, ya que el motor no está lo suficientemente caliente. Si el motor petardea cuando se le da la vuelta a la manivela, está funcionando demasiado caliente y se debe reducir la temperatura de la bujía incandescente o el contenido de "nitro".
Las bujías incandescentes tienen una vida útil limitada y se recomienda a los usuarios tener varias bujías de repuesto a mano. Las bujías de repuesto deben ser del tipo correcto; las bujías para motores turbo no son compatibles con las bujías para motores estándar. Las bujías deben apretarse un cuarto de vuelta más allá de lo que queda ajustado para evitar apretarlas demasiado. Las bujías incandescentes, como todos los objetos incandescentes , son extremadamente calientes y nunca deben quitarse cuando están calientes. Asimismo, se debe tener cuidado al cargar combustible porque una bujía incandescente caliente puede encender el combustible. El sobrecalentamiento de la batería también puede ser peligroso y solo se deben utilizar conectores bien hechos.
