DETONACIÓN - Definición - Significado

Forma de combustión anómala que da lugar a oscilaciones de alta frecuencia de la presión, causadas por el autoencendido de la mezcla antes de la llegada del frente de llama; se manifiesta con sonidos metálicos muy agudos, que reciben la denominación de picado o golpeteo de culata (o de bielas). Existen varias teorías sobre el origen de la detonación:

- según la teoría del autoencendido desarrollada por H. R. Ricardo en 1922, a causa de las reacciones de precombustión que se producen en el end-gas (parte de carga que se quema al final, alcanzándose entonces presiones y temperaturas muy elevadas) varias partes de la mezcla sufren autoencendidos virtualmente simultáneos; la alta velocidad de combustión que se deriva de estos autoencendidos, ocasiona desequilibrios locales de presión y las características vibraciones del gas;

- la teoría de la detonación desarrollada por los especialistas soviéticos A. S. Sokolik y A. N. Voinov, a partir del año 1949, dice que, como consecuencia de las ondas de choque o de cualquier otra alteración originadas en la cámara de combustión, se establece una onda de detonación que se propaga a través de la parte de mezcla no quemada todavía, a velocidades superiores a la del sonido (hasta 2.000 m/s):

- según S. Curry (1963) el golpeteo, entendido como ruido del motor (engine noise) o como vibraciones del gas, puede ser el resultado de un rápido aumento de la presión, asociado a una aceleración del frente de llama primario (cebado por la chispa) hasta velocidades del orden de 100-400 m/s;

- una teoría más reciente elaborada por investigadores de Fiat y que tiene el mérito de tomar en consideración los motores comerciales (y no solamente los motores de laboratorio) atribuye el origen de la detonación a las reacciones que se desarrollan en la parte de la mezcla de aire y combustible, ya alcanzada por el frente de llama, pero todavía no quemada completamente; en otras palabras, en el espesor de la llama (del orden del centímetro) se hallan presentes residuos de gases no quemados que, calentados por las otras partes circunstantes de gases ya quemados, reaccionan de manera violenta porvocando el golpeteo.

La necesidad de evitar la detonación ha dado origen a numerosos métodos para evaluar los 2 factores que intervienen en este fenómeno: gasolina y motor. La resistencia de la gasolina a la detonación se determina en el laboratorio con un motor de relación de compresión variable: el CFR. Confrontándola con la de los combustibles primarios de referencia (mezclas de isooctano y n-heptano) se expresa como número de octano, en uno de los dos métodos usuales (Research Method y Motor Method). Ya que los controles efectuados en laboratorio, muy difícilmente reflejan el comportamiento de la gasolina en condiciones normales de funcionamiento (velocidad del motor comercial mucho más elevada que la del motor de laboratorio) y dado que el sistema de determinación del CFR no es tan sensible a las vibraciones del gas como a la velocidad de aumento de la presión, se prefiere controlar la gasolina también en el coche, obteniéndose así, al variar el avance, un número de octano en carretera (método Union Town modificado). Tales controles se realizaban a oído: el operador oía el comienzo de la detonación (indicios de golpeteo) y confrontaba la gasolina con el combustible primario de referencia. Recientemente se ha difundido un instrumento que mediante captadores indica las oscilaciones de la presión o las correspondientes vibraciones de la culata, producidas por el golpeteo. De este modo son posibles, no solamente valoraciones más rigorosas del comportamiento antidetonante de las gasolinas, sino también de las exigencias del motor en cuanto a octanaje.

Debido a la formación de depósitos en la cámara de combustión, que modificando el intercambio térmico elevan la temperatura media de los gases, la exigencia de número de octano aumenta inicialmente en unas 5 unidades (por ejemplo, mientras que para un motor nuevo basta una gasolina con número de octano igual a 90, después de 10.000 km se necesita de 95). Se pueden determinar así las exigencias del octanaje según la aceleración, partiendo de 1.000 o de 1.500 rpm, o bien de 80 km/h a la marcha más alta (procedimiento de prueba CORC: Cooperative Octane Requirement Committee). En un primer tiempo tiene lugar un golpeteo provocado por la presencia de componentes con bajo número de octano, muy volátiles, introducidos en la cámara de combustión por la brusca variación de presión, consiguiente a la apertura de la mariposa al iniciar la aceleración.

La facilidad con que una gasolina provoca detonaciones en las aceleraciones a bajo régimen depende del número de octano de la fracción más ligera de la gasolina, ya que efectivamente ésta es la primera que entra en la cámara de combustión durante las aceleraciones. El fenómeno puede evitarse: usando gasolinas que posean una pequeña diferencia entre el número de octano (Research Me-thod) global y el número de octano (Research Method) de la fracción que destila a 100 UC; dotando a los motores de muchos carburadores; con colectores muy cortos y calientes, o bien con el sistema de alimentación por inyección.

La resistencia de una gasolina a la detonación a elevadas velocidades de rotación (más de 3.500 rpm) depende de la composición y de los aditivos. Son antidetonantes los hidrocarburos saturados, los compuestos de síntesis que contienen oxígeno (por ejemplo, el meta-nol) y los aditivos con plomo (en particular el tetrametilplomo). Hay que descartar de forma absoluta las gasolinas con elevado porcentaje de olefinas (más del 25 % en volumen). Los parámetros del motor que ocasionan temperaturas y presiones más elevadas y que por tanto favorecen la aparición de la detonación a gran velocidad y del preencendido destructivo (runaway surface ignition) son, además de los excesivos avances en el encendido, las condiciones de plena admisión, los regímenes de elevadas revoluciones, las bujías calientes y una insuficiente refrigeración del motor. Los excesivos avances en el encendido son relativamente corrientes a altos regímenes: aun comprobando que el valor del avance fijo es correcto, el 18 % de coches europeos presenta un avance efectivo a 4.500 rpm, superior en 6o al previsto por el fabricante. Funcionando a 500-1.000 rpm por encima del régimen de par máximo y a plena admisión (recorridos en carretera con coche cargado, o bien remolcando una roulotte), se consiguen las condiciones más favorables para que se produzca la detonación.

Debe tenerse presente que en general basta superar las 5.000 rpm a plena admisión o bien quedar por debajo de las 5.000 rpm marchando con la mariposa parcialmente abierta, para que el número de octano requerido disminuya más de 10 unidades, garantizando de ese modo la ausencia de la detonación.

Con el uso las bujías se vuelven más frías a causa de la formación de depósitos en el aislante, que aumentan la conductibilidad térmica, disminuyendo paralelamente la posibilidad de que surjan la detonación y el preencendido. Por el contrario, las bujías nuevas pueden contribuir, además de a las mismas causas enunciadas, a perjudicar al motor. Finalmente, no sólo el líquido de refrigeración no debe llegar a temperaturas muy elevadas (a más de 95 °C se favorece la detonación), sino que no han de formarse depósitos dentro del circuito de refrigeración, que puedan reducir la eficacia del intercambio térmico.

En un motor nuevo, si está bien reglado, difícilmente se produce golpeteo de culata, ya que la ausencia de depósitos en las paredes de la cámara de combustión permite un mejor intercambio térmico y por ello temperaturas por término medio más bajas, o sea una menor tendencia a la detonación.