Historia de la bujías incandescentes

Eureka

Patente de Raymond Arden Thomas de bujía incandescente (1948)
Patente de Raymond Arden Thomas de bujía incandescente (1948)

En la época anterior a la segunda guerra mundial la elección de un motor para un aeromodelo era bastante sencilla, no había muchas opciones. Las opciones motor a gomas o pequeños motores de petróleo. Nada que ver con las auténticas obras de precisión que son los productos disponibles actualmente. Estaba por tanto el campo abierto a la búsqueda de nuevos motores más potentes y fiables. Y como en muchos campos de investigación, algunas personas pensaron en lo mismo, al mismo tiempo, y nacieron dos tipos de motores aparecieron a la vez, los diésel y los de bujía incandescente. Los diésel merecen un estudio por separado, pero en lo que respecta a los de bujía incandescente, hay un nombre que sobresale de otros, Thomas Raymond (Ray) Arden.

Nacido en EE.UU., Ray fue un prolífico inventor que vendió más de 300 ideas, principalmente juguetes, durante los años 20. Después de la segunda guerra mundial, a finales de los 40, añadió los motores de ignición en miniatura a su lista de invenciones, que alimentados con metanol llegaron a escena inmediatamente.

En una ocasión, un par de amigos de Ray estaban probando un motor de ignición, y para sorpresa de ellos, el motor siguió funcionando cuando la ignición se apagó. Pararon el motor por otros medios para investigar porque el motor seguía funcionando cuando la ignición se desconectó, y descubrieron que la bujía tenía un fallo de fábrica. Este fallo causaba que parte de ella continuará al rojo vivo al quitar la corriente que la calentaba, y de esta forma la ignición continuaba, y por tanto el motor seguía funcionando. Llamarón a Ray con su descubrimiento y el resto es historia. La bujía incandescente para motores de modelismo nació en 1947, y Ray obtuvo su primera patente en 1949 donde relacionó este hecho y otras patentes relacionadas desde los años 20. Ahora, otro nombre relacionado con las bujías incandescentes (y mencionado en la patente de Ray) es Kenneth Howie, quien tuvo una bobina incandescente lista para producción en 1942, aunque debido a la guerra no fue difundida hasta 1947.

Patente de Howie Kenneth de Avión de Juguete (1938)
Patente de Howie Kenneth de Avión de Juguete (1938)

La llegada de las bujías incandescentes fue esencial, los motores de modelismo fueron más simples y fiables, y como resultado se eliminó la necesidad y complejidad del uso de bobinas de ignición, condensadores, temporizadores y baterías para el encendido.

Elemental

Echa un vistazo a una bujía incandescente y, visualmente, no hay realmente mucho que ver, sin embargo, hay en realidad un considerable nivel de ciencia involucrado, con el platino llevando la mayor parte. El platino es un elemento, no un compuesto de otros materiales, y su calidad como catalizador el clave del éxito de las bujías incandescentes. Un catalizador es un material que puede iniciar o tomar parte en una reacción química pero permanece inalterado cuando la reacción se ha acabado.

Las excepcionales propiedades del platino son conocidas desde comienzos del siglo XIX, y un claro ejemplo es que fue usado en el desarrollo del tractor de Van Duzen Gas and Gasoline Engine Co. de Cincinnati, EE.UU., en 1894. El tractor era arrancado con el disparo de un cartucho, pero se mantenía en funcionamiento gracias a un tubo de titanio. Desde entonces el titanio ha migrado a los escapes de los automóviles para reducir emisiones y, por supuesto, a nuestras bujías incandescentes.

Desde la patente de Ray Arden la bujía incandescente ha sido fabricada por numerosas empresas como Model TechnicsEnyaO.S., OPS, Merco, K&BWebra  y Thunder Tiger por nombrar a algunas, y ahora está disponible en una gran variedad de tipos: cuello largo, cuello corto, estándar, listada, caliente, fría, cuatro tiempos, etc. Independientemente de sus diferencias todas tienen una cosa en común, el elemento platino.

Patente de Arden Thomas de bujía incandescente (1950)
Patente de Arden Thomas de bujía incandescente (1950)

El corazón del asunto

¿Por qué platino? Además de ser un excepcional catalizador, es mucho más afinado con ciertos enlaces químicos, uno de ellos es el de carbón-oxígeno con metanol. Al platino le encanta romper este enlace y haciéndolo genera un montón de radicales que producen la combustión. Ahí es donde está la gracia, en su capacidad de generar radicales para iniciar la combustión.

El platino tiene un punto de fusión de 1769ºC, y como la temperatura de combustión está en la región de 1650-2750ºC, el hilo platino de la bujía se fundirá. Este problema se soluciona dando al platino un punto de fusión superior mediante la adición de otros metales. Estos metales varían las propiedades físicas del platino, y para esto, los fabricantes de bujías han investigado (unos más que otros) y empleado a metalurgistas para mejorar la resistencia a la temperatura. Pero el proceso no acaba aquí, hay otra importante característica física que hay que modificar, la maleabilidad (la capacidad de doblarse sin romperse) y la ductilidad (la capacidad de convertirse en hilo por tracción). Para conseguir la correcta maleabilidad y ductilidad no sólo es necesario modificar la mezcla de metales, también su estructura cristalina. Aquí es donde los artesanos aparecen en escena. Puliendo, calentando, enfriando, y golpeando de manera más refinada que los herreros, para obtener la estructura cristalina correcta (que implica la correcta maleabilidad y ductilidad) y la resistencia a la temperatura necesaria.

De acuerdo, ya tenemos la mezcla que no se derrite y se puede convertir en hilos, genial. Pero hay otro punto a tener en cuenta antes de poner la nueva bujía en producción, la antes mencionada actividad catalítica. El nivel de actividad de la aleación depende de la aleación misma y de la estructura cristalina, cuanto más contacto disponible para que la combustión se inicie, mejor será esta.

Así, teniendo fijadas las variables de temperatura, maleabilidad, ductilidad y actividad a los requerimientos, el hilo está listo para incorporarse a las bujías y pronto arrancará los motores de todos los entusiastas de los motores de metanol. Donde haya interés en coches, barcos, aviones o helicópteros, habrá un bujía con un pequeño, pero muy importante, hilo de titanio en su corazón.

¡Arráncalo!

Para usarlo, el hilo de titanio de las bujías incandescentes tiene que ser estimulado para actuar como catalizador y poder arrancar el motor. Esto, por supuesto, se consigue incrementando la temperatura por encima del nivel requerido para iniciar la combustión de la mezcla de carburante, y es por ello por lo que utilizamos una batería. Una vez el motor ha arrancado, la temperatura de la reacción mantiene el motor en marcha, y la batería puede ser desconectada. ¡Así de simple!

Biografía de Ray Arden

The Internet Craftsmanship Museum Presents: Ray Arden

Model Engine News: Thomas Raymond "Ray" Arden (1890-1965)

Basado en artículo de RCME