Sistemas de Escape en Motores de Combustin Interna

Sistema de Escape1) INTRODUCCIN

Sistema de EscapeELEMENTOS BSICOSMltiple de Escape y HeaderConvertidor catalticoSujetadores de Tubera de Escape Silenciador (Muffler) / Resonador Colas de escape

Sistema de EscapeEl escape desempea un papel decisivo en TRES MBITOS:

1- PROTECCIN DEL MEDIO AMBIENTE 2- CONFORT ACSTICO 3- PRESTACIONES DEL MOTOR (potencia, par, consumo)

Sistema de EscapeCMO SE PRESENTA EL ESCAPE? La lnea de escape va desde el motor hasta la parte trasera del vehculo, que es su nica parte visible. El conjunto de los elementos que constituyen la lnea de escape mide aproximadamente 3 metros y va enganchado bajo la caja del vehculo. Su forma vara en funcin de la motorizacin y del tipo de vehculo.

Sistema de EscapePARA QU SIRVE EL ESCAPE?

1- Canalizar y evacuar los gases resultantes de la combustin del combustible. En un motor de explosin, los gases quemados son recogidos por el colector de escape y, despus, encaminados hacia el silencioso delantero, el silencioso trasero y la salida. 2- Asegurar la descontaminacin y la reduccin de los humosLa combustin desprende cuatro tipos de contaminantes nocivos: - el monxido de carbono, - los hidrocarburos, resultantes de una combustin incompleta, - los xidos de nitrgeno, - los humos especficos a los motores Diesel

El catalizador se encarga de reducir estos contaminantes mediante reaccin qumica.

Sistemas de EscapePARA QU SIRVE EL ESCAPE?

3-Reducir las emisiones trmicas A la entrada del colector, los gases de combustin tienen una temperatura de orden de 900C. Este calor presentara un peligro si fuera evacuado directamente. El contacto con el aire, en toda la superficie de la lnea de escape, contribuye a reducir la temperatura.4-Disminuir el nivel sonoro Las explosiones provocadas por el ciclo del motor producen ruido. El papel del silencioso o silenciador es atenuar estos perjuicios acsticos.

Sistemas de Escape2-ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ESCAPE

Sistema de Escape1)VLVULA DE ESCAPE.Fabricadas en acero especial de muy alta calidad, ms resistente al calor y corrosiones que el acero utilizado en las vlvulas de admisin.

Las vlvulas de escape son menos anchas (menor dimetro) que las de admisin para asegurar su rigidez. El vstago se hace hueco (aviacin) e incluso la cabeza para rellenarlos en parte con sodio (conductor del calor) consiguiendo rebajar la temperatura de funcionamiento unos 150C consiguiendo por tanto que la vida de las vlvulas se prolongue.

Sistema de Escape2) COLECTOR DE ESCAPE. Conducto por el cual el aire quemado sale del interior de la cmara de combustin y es canalizado hacia el sistema de escape. Se fabrica en fundicin de hierro para que soporte las altas temperaturas de los gases de escape.

Sistema de EscapeLos headers tienen un mejor flujo de gases, ya que , cada cilindro tiene su propio tubo primario, y los pulsos de los gases de escape no tienen que pelear por el espacio. Los primarios largos y de igual longitud son mejores que los cortos desiguales. Los tubos largos de igual longitud llegan al colector en el mismo orden que el de disparo de los cilindros, y de hecho, los pulsos que llegan al colector ayudan a extraer los gases del siguiente cilindro por la creacin de una zona de baja presin, que los gases del siguiente cilindro se apuran en llenar. Sus inconvenientes son el ruido y la durabilidad

Sistema de Escape3) SILENCIADOR

El sonido del motor, es una onda formada por pulsos alternativos de alta y baja presin que se amortiguan en el silenciador de escape. Cuando la vlvula de escape se abre y el gas de escape se precipita hacia el tubo, golpea al gas de menor presin, detenido all. Esto genera una onda que se propaga, hasta la atmsfera por la salida de escape. La velocidad de la onda es mayor que la del propio gas. En un silenciador de escape corriente, el gas llega al fondo y es reflejado hacia la cmara principal por una ventana. Luego, por tubos con orificios, sale hacia la ltima porcin del tubo de escape. Por otra parte, la cmara principal tambin se conecta a travs de un orificio con otro compartimento llamado resonador.

Sistema de EscapeEl resonador es el que controla las ondas de presin que van y vienen dentro del tubo de escape permitiendo que tengan las caractersticas ptimas para el funcionamiento de ese motor. Cuando el gas de escape golpea al gas confinado en el resonador, produce una onda en direccin contraria que tiene frecuencia y amplitud parecida a la que viene desde el motor. Algunos sistemas de escape estn equipados con un resonador independiente, que se instala ms cerca de la salida. Algunos silenciadores son construidos de manera que la carcasa absorbe parte de las pulsaciones. Una capa metlica ms gruesa en el exterior, luego una capa delgada de aislante y enseguida otra capa metlica fina.

Sistema de EscapeEscapes deportivosEl motor de los automviles para uso en la ciudad pueden ganar algunos caballos de fuerza si se baja la capacidad de amortiguacin del silenciador. Sin embargo el escape libre no beneficia a este tipo de motores.

Sistema de Escape4) CATALIZADORSituado en el interior del tubo de escape, reacondiciona los gases producidos en la combustin. Acelerador de la reaccin qumica que combina los compuestos de los gases de escape para obtener dixido de carbono y vapor de agua como elementos finales. Utiliza platino y rodio (tambin paladio) como elementos aceleradores de la reaccin qumica. En los catalizadores por oxidacin el monxido de carbono lo convierte en dixido de carbono al volverlo a combinar con el oxgeno. Los hidrocarburos tambin los hace combinar con el oxgeno obteniendo de nuevo dixido de carbono y vapor de agua.

Sistema de EscapeTipos:Oxidante: un solo monolito cermico que permite la oxidacin del CO y de los hidrocarburos.De dos vas (reductor, de doble cuerpo): es un doble catalizador de oxidacin con toma intermedia de aire. El primer cuerpo acta sobre los gases ricos del escape reduciendo los NOx. El segundo lo hace sobre los gases empobrecidos gracias a la toma intermedia de aire, reduciendo el CO y los hidrocarburos.

Sistema de Escape - De tres vas: es el ms complejo y evolucionado. Elimina los tres polucionantes principales, es decir, monxido de carbono, hidrocarburos y oxido de nitrgeno (CO, HC y NOx), producindose las reacciones de oxidacin y reduccin simultneamente. Su mayor eficacia depende de forma importante de la mezcla de los gases en la admisin.

Sistema de EscapePartes de un catalizadorExteriormente es un recipiente de acero inoxidable, provisto de una carcasa-pantalla metlica antitrmica que protege los bajos de las altas temperaturas alcanzadas. En su interior, contiene un soporte cermico o monolito, de forma oval o cilndrica, con una estructura de mltiples celdillas en forma de panal, con una densidad aproximada de unas 450 celdillas por pulgada cuadrada. La superficie de este monolito se encuentra impregnada con una resina que contiene elementos nobles metlicos, tales como Platino (Pt) y Paladio (Pd), que permiten la funcin de oxidacin, ms Rodio (Rh), que interviene en la reduccin. Estos metales actan como catalizadores, es decir, transforman los gases de escape.

Sistema de Escape

Sistema de Escape5) Otros componentes.Vlvula EGRRecirculacin de gases de escapeMisin La recirculacin de gases de escape tiene dos misiones fundamentales, una es reducir los gases contaminados procedentes de la combustin o explosin de la mezcla y que mediante el escape salen al exterior. Estos gases de escape son ricos en monxido de carbono, carburos de hidrgeno y xidos de nitrgeno.La segunda misin de la recirculacin de gases es bajar las temperaturas de la combustin o explosin dentro de los cilindros. La adicin de gases de escape a la mezcla de aire y combustible hace ms fluida a esta por lo que se produce la combustin o explosin a temperaturas ms bajas.

Sistema de EscapeEn la figura principal tenemos una vlvula seccionada y en ella podemos distinguir las siguientes partes:- Toma de vaco del colector de admisin. - Muelle resorte del vstago principal - Diafragma - Vstago principal - Vlvula - Entrada de gases de escape del colector de escape - Salida de gases de escape al colector de admisin

Sistema de EscapeLa base de la vlvula es la ms resistente, creada de hierro fundido ya que tiene que soportar la temperatura de los gases de escape (sobrepasan los 1000C) y el deterioro por la accin de los componentes qumicos de estos gases. Estas altas temperaturas y componentes qumicos que proceden del escape son los causantes de que la vlvula pierda la funcionalidad, pudiendo quedar esta agarrotada, tanto en posicin abierta como cerrada, por lo que los gases nocivos saldran, en grandes proporciones al exterior y afectando a la funcionalidad del motor.

Sistema de EscapeTipos de vlvulas EGR El efecto de recirculacin de gases lo podemos encontrar hoy en da tanto en motores gasolina como diesel, pero sobre todo en los diesel es donde con ms frecuencia las veremos ya que la mayora de los vehculos con estos motores la llevan incorporada al salir de fbrica. Los tipos de vlvulas EGR no son tipos como tal sino complementos, es decir que la vlvula EGR mecnica se puede encontrar en los motores sola o se puede encontrar con un accionamiento electrnico que depende exclusivamente de la unidad de mando del motor. Qu tenga este accionamiento electrnico depende de las necesidades del motor.

Sistema de EscapeEsquema del sistema de recirculacin de los gases de escape EGR1. Entrada de aire desde el exterior. 2. Filtro de aire. 3. Colector de admisin. 4. Colector de escape. 5. Vlvula de recirculacin EGR. 6. Conducto de recirculacin de gases.

Sistema de EscapeEl canister

Su funcin: Desde 1992, las instancias internacionales tienen en cuenta la emisin de vapores de hidrocarburos para luchar contra la contaminacin. El canister, u absorbedor, almacena los vapores de gasolina procedentes del depsito y permite que el motor los recicle. De este modo, no son emitidos al aire libre.

Sistema de EscapeDescripcin: El canister va situado entre el depsito y el tubo de admisin. Contiene carbn activo, que tiene la propiedad de absorber los vapores de gasolina. Su fondo es permeable al aire.

Sistema de Escape3) GASES DE ESCAPE Y CONTAMINACIN

Sistema de EscapeEmisiones del escapeCarbonilla: no es nociva, pero acta como condensador de sustancias ms perjudiciales. Los motores que producen humos con gran cantidad de carbonilla son molestos y polucionantes y dificultan la visibilidad.Hidrocarburos: (HC) combustible incompletamente quemado. La mayor parte no son nocivos, pero algunos de ellos huelen mal e irritan los ojos y mucosas. Una elevada temperatura reduce el contenido de HC. Las emisiones de hidrocarburos contribuyen a la formacin de la niebla fotoqumica.xidos de nitrgeno: (NO) aparecen en los gases de escape de motores diesel. Son principalmente el NO, incoloro e inodoro, y el NO2, de color rojizo y de olor picante e irritante. El NO2 ocasiona daos en los pulmones y se combina fcilmente con la hemoglobina de la sangre e impide que sta transporte el oxgeno. Existen posibilidades de eliminarlos, pero debe ser a base de construcciones de motor ms caras y consumos de combustible mayores.Monxido de carbono: (CO) es incoloro e inodoro. Es nocivo debido a que se combina muy fcilmente con la hemoglobina de la sangre e impide que transporte el oxgeno. La consecuencia ltima es la asfixia.

Sistema de EscapeMotor Diesel y contaminacin

La regulacin o el reglaje electrnico de las bombas inyectoras de gasoil, o el comando de los conjuntos inyectores-bombas se torna cada da ms importante sobre los vehculos Diesel en general

Estos dispositivos presentan las siguientes particularidades:Los mismos disponen de una extensa gama de "programas", que permiten una adaptacin del sistema de inyeccin a las normas vigentes en cada pas, y a los distintos tipos de vehculos y aplicaciones. Estos realizan el reglaje o la regulacin de la inyeccin en funcin de criterios ya determinados. La optimizacin casi instantnea de las cantidades de gasoil inyectado, en funcin del estado de carga del motor, contribuye a la disminucin de las emisiones contaminantes tales como; los xidos de nitrgeno; las partculas y los hidrocarburos no quemados. La unidad de control electrnico o calculador, corazn del sistema, recibe las seales o pulsos elctricos enviadas por las distintos "sensores" o sondas; de temperatura de aire de admisin y del circuito de enfriamiento del motor; de la presin de sobrealimentacin; de la velocidad del motor; de la posicin o relacin de caja de velocidades colocada; de la posicin de la mariposa de aceleracin; etc. Estos comandos electrnicos de inyeccin, evitan las variaciones demasiado importantes de los niveles de contaminacin en funcin del funcionamiento

Sistema de EscapeMotor Otto y Contaminacin

Gases de escape menos contaminantes. La concentracin de los elementos contaminantes en los gases de escape depende directamente de la proporcin aire/gasolina. Para reducir la emisin de contaminantes es necesario preparar una mezcla de una determinada proporcin. Los sistemas de inyeccin permiten ajustar en todo momento la cantidad necesaria de combustible respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.

Sistema de EscapeRecirculacin de los gases (EGR)El reciclado de los gases de escape, debido a la reduccin de la temperatura de combustin que produce, obtiene un efecto positivo sobre las emisiones de xidos de nitrgeno.Como contrapartida podemos decir que una "relacin" demasiado alta de recirculacin, puede ser negativa respecto a la vida til del motor, la cual puede verse disminuida por polucin interna y desgaste

Sistema de EscapePara disminuir la contaminacin, los constructores de automviles orientan su accin en torno a cuatro ejes principales: 1. La utilizacin de dispositivos de alimentacin de combustible y de encendido precisos y estables. 2. La reduccin de los contaminantes no quemados por medio del catalizador. 3. El reciclaje de los hidrocarburos procedentes de los gases del crter motor. 4. La absorcin de los vapores de gasolina del depsito

Sistema de Escape4) POSIBLES AVERAS EN EL SISTEMA DE ESCAPE

Sistema de EscapeObstruccin del Sistema de EscapeBsicamente la obstruccin del sistema de escape se explica por una sedimentacin de la carbonilla que llevan los gases de escape en las distintas partes del sistema de escape.Esto puede provocar en el motor anomalas como un aumento de consumo de combustible, aumento de la velocidad de salida de dichos gases, ms dificultad para evacuar los gases (lo que propicia una corrosin)...

Sistema de EscapeAveras en el catalizadorLa vida media de un catalizador son 80.000 Kms. 1) Los fallos en el encendido o una inadecuada regulacin de la mezcla de admisin pueden provocar que llegue combustible sin quemar al catalizador. Al encontrarse a una gran temperatura, puede llegar a producirse una combustin no deseada de la gasolina, provocando que el monolito se funda. Esta fusin puede ocasionar un taponamiento del tubo de escape, que se acusara por una repentina prdida de potencia del motor, adems de que es posible una rotura de la cermica. Un exceso de carbonilla debida a una mezcla excesivamente rica podra provocar, igualmente, una obstruccin del monolito al taponarse sus estrechos canales. 2) El consumo de aceite, si es excesivo, puede ocasionar tambin una obstruccin del monolito, al generarse un exceso de partculas en el motor. Igualmente, si se agota en exceso el nivel de combustible, puede producirse un suministro irregular, que provoque un envo irregular al catalizador.

Sistema de EscapeIndicadores de Avera del Catalizador:Prdida acusada de potencia a altas revoluciones.Pobre aceleracin (debido a la obstruccin del catalizador)Ruidos extraos en el tubo de escape y el funcionamiento anmalo del motor, que nos avisa de la posible rotura del monolito cermico debido a algn golpe. La forma de comprobacin de un catalizador es mediante el analizador de gases, que permite medir convenientemente las concentraciones de elementos polucionantes emitidas por el escape, que deben ser contrastadas con las recomendadas por el fabricante del vehculo.