proyecto motores de combustión interna

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1 Escuela Superior Politécnica del Litoral “Impulsando la sociedad del conocimiento” Ingeniería Mecánica Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Ángel Andrés López López [email protected]

Author: andres-lopez

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Silenciadores en motores de combustión interna.

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Contenido1.Introduccin21.1.Resumen:21.2.Objetivo:31.3.Marco terico32.Diseo de los Silenciadores en la Industria Moderna.42.1 Mltiple Colmenas:42.2 Colmena Individual:43.Anlisis del funcionamiento del Silenciador.63.1 Componentes del Silenciador.64. Tipos de Silenciadores.64.1 Silenciadores para pequeos espacios y aplicaciones crticas.64.2 Silenciadores para Sistemas de Escape existentes.64.3 Silenciadores de Escape de Motor estndar.64.4 Silenciadores de prdida de baja presin.64.5 Dispositivo para ahorrar espacio.64.6 Amortiguadores de chispas, sin silenciador.64.7 Silenciadores de amortiguador de chispa, tipo 1.64.8 Silenciadores de amortiguador de chispa, tipo 3.64.9 Silenciadores multi-camara serie EN.64.10 Silenciadores Directos serie ET.64.11 Silenciadores de amortiguacin de chispa serie ES.65. Observaciones y Conclusiones.76. Recomendaciones77. Bibliografa7

1. Introduccin

1.1. Resumen:

La finalidad de este proyecto es entender mejor cmo funcionan los silenciadores para motores de combustin interna, as como tambin conocer acerca de qu innovaciones tecnolgicas se estn implementando para poder disminuir las emisiones de ruido en el entorno.La energamecnica, indispensable para poner enaccindiferentesmquinasse puede obtener utilizando energa trmica, hidrulica, solar y elica. La que ms se utiliza es la energa trmica obtenida de los combustibles denaturalezaorgnica. Elimpacto ambientaldel MCI est estrechamente relacionado con un problema social surgido por la utilizacin creciente del mismo: la reduccin de los niveles de emisin de sustancias txicas y de los llamados "gasesde invernadero", y la reduccin de los niveles deruido.Las discusiones internacionales acerca de las causas e implicaciones para la humanidad del llamado "efecto invernadero", provocado por las crecientes emisiones a laatmsfera de gases tales como: CO2,metano, xido nitroso y los cloro-flurocarbonatos, reflejan la necesidad de un enfoque integral en el tratamiento de losproblemasambientales y deldesarrollo, as como la necesidad de una accin concertada de lacomunidadinternacional para mitigar los efectos del calentamiento.En el presentetrabajose analizan los factores que influyen sobre los niveles de toxicidad y ruido de los MCI ms usados en laagriculturay se ofrecen algunas medidas que pueden tomarse para disminuir los mismos.

1.2. Objetivo:

Conocer cul es la funcin principal de los silenciadores.

Conocer cules son las innovaciones en los silenciadores.

Conocer la importancia de los silenciadores en los motores de combustin interna.

1.3. Marco terico

El sistema de escape es el medio que ayuda o que conduce los gases del motor despus de la combustin hacia el exterior. Este punto es muy importante porque mejora la combustin y la potencia final obtenida. As tambin con unos accesorios adicionales mejoran la combustin y en varios casos reduce las emisiones de gases nocivos.Los silenciadores dejaron de ser simplemente un medio de supresin de ruido. Tambin actan como un dispositivo de enfriamiento para los gases de escape de la cmara de combustin.

Este sistema consta de mltiples conductos, catalizadores, silenciador y en algunas instalaciones de sensores auxiliares. Entre todas estas partes el cual vamos analizar son los silenciadores.SILENCIADORES: Los gases de admisin emiten una presin considerable una vez realizada la combustin del motor. Si estos gases salieran directamente del motor el ruido provocado sera muy escandaloso y la potencia del motor podra disminuir. Por tal motivo, el camarn enva los gases al mltiple de admisin, este los junta y enva posteriormente a la tubera de escape, all los gases en forma de humo pasan por el silenciador o resonador el cual est compuesto por celdas metlicas en forma tubular y con agujeros conocidas como colmenas, para as expulsarlos de forma circular.Los silenciadores estn construidos de metal y estn ubicados por lo general debajo de la parte trasera del vehculo. En los vehculos de tecnologas modernas, el convertidor cataltico est ubicado entre la tubera de escape y el silenciador o resonador.Hoy en da, es posible evitar la falla prematura del silenciador. Para esto es necesario que sea resistente a todo tipo de procesos de corrosin y otras influencias externas del ambiente agresivo. En los coches modernos para la fabricacin de un silenciador se utiliza el acero.

2. Diseo de los Silenciadores en la Industria Moderna.

2.1 Mltiple Colmenas:

El silenciador de mltiples colmenas ayuda a disminuir considerablemente el ruido de los gases al salir del motor, el cual es creado por el abrir y cerrar de las vlvulas de escape. Al momento que las vlvulas de escape se abren, estas realizan una descarga de gases quemados de alta presin hacia la tubera intermedia del escape, en esta seccin se expande los gases con menos presin. Sin embargo, esta accin crea como consecuencia ondas de sonido que viajan junto a los gases salientes y se desplazan muchsimo ms rpido que estos gases emanados (estamos hablando de aproximadamente 2,240kph / 1.400mph), es justo all cuando el silenciador hace su papel de minimizar los ruidos producidos por ste fenmeno. Generalmente, el silenciador convierte la energa de la onda de sonido en calor, debido al pase de los gases de admisin y su acompaante patrn de ondas a travs de las cmaras con reflectores y colmenas perforadas de diferentes tamaos forzando las ondas de sonido a que disipen su energa. A pesar que el silenciador de mltiples colmenas ayuda a reducir el ruido, ste a su vez restringe la salida ms rpida de los gases hacia el exterior limitando considerablemente las prestaciones del vehculo.

2.2 Colmena Individual:

Silenciador de colmena individual compuesto por celdas metlicas en forma tubular y con agujeros a lo largo de su colmena, el cual est diseado para reducir la presin de los gases acumulados en la parte posterior del sistema de escape, permitiendo liberar los gases ms rpidamente, produciendo como consecuencia ms ruido exterior. Debido a que el silenciador de colmena individual no est en capacidad de reducir el ruido ocasionado por los gases del mismo motor, algunos sistemas de escape poseen resonadores. Los resonadores actan como pequeos silenciadores y son generalmente utilizados al final del escape como tal. Este tipo de escape es el utilizado a nivel mundial por las personas que modifican sus vehculos tipo "Tuning" debido a los beneficios que estos otorgan o son fabricados de forma universal para todas las aplicaciones vehiculares existentes. Los silenciadores estn determinados por el tipo de motor de combustin interna que se va a utilizar, el uso final del motor y el nivel que se va a tener de atenuaciones necesario. Se debe tener mucho cuidado con la compra y seleccin de estos silenciadores.A continuacin se muestran unos silenciadores de una marca especfica de venta de estos silenciadores que se encontr en internet:

Fig.1: Modelos de Silenciadores para mototres de combustion interna

Fig. 2: Modelos de Silenciadores para motores de baja cada de presin.

3. Anlisis del funcionamiento del Silenciador.

Este elemento tiene el objetivo de amortiguar el ruido que se producira si la onda mecnica de choque generada cuando se abre la vlvula de escape llegase directamente al exterior. El silenciador tampoco es imprescindible, pero pueden imaginarse una va de trfico intenso si todos los automviles produjeran ruido intenso, por eso, en la mayora de los pases es de uso obligatorio este dispositivo.Hay infinidad de diseos de silenciadores con mejor o peor eficiencia acstica, pero todos sin excepcin, lo que buscan es convertir el flujo pulsante de ondas de choque de los gases de escape a un flujo continuo y silencioso. Para ello se utiliza la cualidad de las ondas de reflejarse e interferirse, veamos cmo funciona.La clave para su funcionamiento radica en conducir los gases de escape que salen del motor, como ondas de choque desde cada uno de los cilindros, a una cmara donde estas ondas choquen y se reflejen desde las paredes y acten de manera destructiva sobre las ondas entrantes.En la figura se ha representado un esquema simplificado de cmo se atenan las ondas dentro del silenciador. Para comenzar, diremos que el silenciador es una cmara cerrada, con una entrada por donde se introducen los gases del motor y una salida al resto del tubo de escape. Adentro tiene un tabique separador para formar dos cmaras (en la prctica son hasta 4), a una de las cmaras se introduce la mezcla entrante (rojo), formada por una serie de pulsos de presin u ondas de choque, estas ondas se mueven por la cmara hasta alcanzar la pared de donde se reflejan (azul). Si la distancia desde la boca del tubo de entrada hasta la pared del fondo se calcula bien, teniendo en cuenta la velocidad de propagacin de las ondas en ese medio, se puede lograr que las ondas de rebote interacten con las de entrada interfirindolas de modo destructivo, con la consiguiente disminucin de la amplitud. De esa cmara pasan a la otra, donde el efecto se repite, y al final del silenciador salen los gases con las ondas (equivalentes al ruido) muy atenuadas. El grfico de abajo muestra cmo poda ser el proceso a lo largo del silenciador. Entran con una gran amplitud y salen con ella muy reducida.El proceso en la figura 3 est bastante simplificado y sirve para entender el funcionamiento, pero en la prctica, las ondas chocan en todas las paredes del dispositivo, y la interaccin es entre un patrn de ondas ms complejo que el representado.En los silenciadores reales, se usan otros modos de favorecer el objetivo, como por ejemplo, llenar de perforaciones los tubos interiores para convertir la onda de choque en mltiples ondas (una por cada agujero), que al moverse y rebotar dentro de la cmara producen un intenso patrn de interferencia. Otra cosa que se hace es llenar el espacio interior del silenciador con un material fibroso que absorbe y atena las ondas sonoras.

Ilustracin 3.- Esquema de Funcionamiento del Silenciador.

3.1 Componentes del Silenciador.

En un silenciador de escape estndar, el gas ingresa a el y se desplaza hasta el fondo del tubo de entrada para luego ser reflejado hacia la cmara principal. Posteriormente sale atravesando pequeas perforaciones practicadas en el tubo de salida del silenciador. Al mismo tiempo, la cmara principal se mantiene conectada con otro compartimento denominadoresonador.

3.2 Escapes Snicos.

El volumen del sonido depende de la amplitud de onda. Esta vara segn el valor de la presin que lo genera. A mayor amplitud de onda mayor volumen. Para aminorar el volumen del sonido sin afectar el desempeo del motor se anulan las ondas que salen del motor con otras que vienen reflejadas desde el silenciador (interferencia destructiva). Si una onda est en mxima presin y se encuentra con otra similar en mnima presin se contrarrestan. Existen varios diseos bsicos para conseguir el efecto amortiguador. Los fabricantes muchas veces incorporan varios de ellos en un mismo silenciador.

3.3 Resonador de Escape.

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 cola de escape. Ciertos silenciadores son construidos de manera que su carcaza exterior puede absorber parte de las pulsaciones. En este caso su construccin es ms compleja y consiste de una capa metlica ms gruesa en el exterior, luego una capa delgada de aislante y enseguida otra capa fina de metal.

Ilustracin 4.- Resonador Snicos y de escape

4. Tipos de Silenciadores.4.1 Silenciadores para pequeos espacios y aplicaciones crticas.

Los silenciadores de estilo disco son silenciadores de bajo perfil que no slo se ajustan a cerramientos ms pequeos, sino que tambin son ideales para aplicaciones de energa porttiles. Los modelos de entrada simple estn disponibles en grados de atenuaciones residenciales, crticas y de hospital. Los modelos crticos y de hospital tambin ofrecen un diseo de temperatura de piel baja (LST) para compartimentos y cerramientos excepcionalmente pequeos para mantener el calor radiante al mnimo. La configuracin LST incorpora una capa extra de aislamiento trmico/acstico empacado que reduce el calor y el ruido, eliminando la necesidad de envoltorios externos y costosos. Los diseos de acero metalizado tienen un desempeo mucho mayor que la competencia en comparacin cara del acero al carbn, ya que ofrece una mayor resistencia a la corrosin, mayores temperaturas mximas de funcionamiento, menor peso y mayor vida til del silenciador en general.Los silenciadores de disco estn disponibles en entrada simple, y en cuatro tipos de modelos de entrada dualIlustracin 5.- Silenciador tipo Disco

4.2 Silenciadores para Sistemas de Escape existentes.

Los amortiguadores de chispa estndar estn diseados para aplicaciones generales con un mnimo de restriccin en el motor, y son ideales como unidades complementarias para sistemas de escape existentes. El peso liviano y tamao pequeo de los amortiguadores reducen el estrs y la vibracin en el resto del sistema de escape. Las aplicaciones tpicas incluyen equipo de construccin y registro, maquinaria agrcola, camiones para carretera, equipo de aeropuerto, silvicultura y vehculos militares.

4.3 Silenciadores de Escape de Motor estndar.Los silenciadores de escape de motor estndar estn disponibles en los siguientes grados: Grado industrial, residencial, crtico y de hospital, y estn disponibles en las siguientes configuraciones:

Tipo 1: Diseo final de entrada y salida Tipo 2: Diseo final de salida y de entrada de lado Tipo 3: Diseo medio de final de salida y de entrada de lado

Ilustracin 6.- Silenciador de Escape de motor Estndar

4.4 Silenciadores de prdida de baja presin.

Los silenciadores de prdida de baja presin estn disponibles en dos configuraciones:

Diseo final de entrada y salida Diseo final de salida y de entrada de ladoIlustracin 7.- Silenciador de Perdida de baja Presin

4.5 Dispositivo para ahorrar espacio.

Las unidades para ahorrar espacio estn diseadas para un montaje de final de salida y de entrada de lado, aunque cualquiera de los extremos puede usarse como entrada. Utilizar un final de entrada y una salida de lado puede resultar en reducciones de atenuacin ms bajas. Drenajes Para condensados estndar en todas las unidades.

Ilustracin 8.- Silenciador Tipo Contacto

4.6 Amortiguadores de chispas, sin silenciador.

Los amortiguadores de chispa estndar estn diseados para aplicaciones universales con un mnimo de restriccin en el motor, y son ideales como unidades complementarias para sistemas de escape existentes. El peso liviano y tamao pequeo de los amortiguadores reducen el estrs y la vibracin en el resto del sistema de escape. Las aplicaciones tpicas incluyen equipo de construccin y registro, maquinaria agrcola, camiones para carretera, equipo de aeropuerto, silvicultura y vehculos militares.

Ilustracin 9.- Amortiguador de Chispa para Silenciadores

4.7 Silenciadores de amortiguador de chispa, tipo 1.

Los Silenciadores de escape de amortiguador de chispa estndar ofrecen amortiguacin de chispa de alta eficacia y atenuacin de sonido excepcional en donde los riesgos de incendio deben ser eliminados y el ruido debe ser minimizado. Tres grados de atenuacin (industrial, residencial y crtico) estn disponibles con eficiencias de amortiguacin de chispa que exceden los 95%. El material de calibre pesado y la construccin totalmente soldada ofrecen mxima fuerza y una vida til de servicio ms larga en estas unidades. Las aplicaciones incluyen sets de generador porttil y estacionario, equipo de petrleo, motores de propulsin en barcos y equipo de compresin de gas

Ilustracin 10.- Silenciador de Amortiguador de Chispa

4.8 Silenciadores de amortiguador de chispa, tipo 3.

Los Silenciadores de escape de amortiguador de chispa estndar ofrecen amortiguacin de chispa de alta eficacia y atenuacin de sonido excepcional en donde los riesgos de incendio deben ser eliminados y el ruido debe ser minimizado. Tres grados de atenuacin (industrial, residencial y crtico) estn disponibles con eficiencias de amortiguacin de chispa, conexiones de rosca de tubo macho a travs de 3.5, 4 en adelante son bridas perforadas 125/150# ASA. Los drenajes son estndar en todos los silenciadores con un dimetro de cuerpo de 9 en adelante. La configuracin de final de salida y de entrada de lado est diseada slo para el caudal de entrada de lado. La unidad no puede ser operada en retroceso. Todas las dimensiones son en pulgadas, y exceden el 95%. El material de calibre pesado y la construccin totalmente soldada ofrecen mxima fuerza y una vida til de servicio ms larga en estas unidades. Las aplicaciones incluyen sets de generador porttil y estacionario, equipo de petrleo, motores de propulsin en barcos y equipo de compresin de gas.

Ilustracin 11.- Silenciador Amortiguado por Chispa tipo 3

4.9 Silenciadores multi-camara serie EN.

Para la mayora de los motores y las condiciones de funcionamiento, los silenciadores de tipo multi-cmara ofrecen una mxima atenuacin de ruido dentro de los lmites de contrapresin aceptables. La mayora de los motores de sobrecarga y aspirados naturalmente necesitan este tipo de silenciador. Muchos motores de turbo carga se silencian mejor tambin con este diseo.Ilustracin 12.- Silenciador multi-camara serie EN

4.10 Silenciadores Directos serie ET.

Algunos motores requieren contrapresiones de sistema de escape muy bajas para un mximo rendimiento. Muchos motores de turbo carga y algunos motores aspirados naturalmente entran en esta categora. Para estos motores, silenciadores directos y reactivos estn disponibles para ofrecer un silenciamiento adecuado y a su vez impones restricciones insignificantes al caudal de gas de escape.Ilustracin 13.- Silenciador directo serie ET

4.11 Silenciadores de amortiguacin de chispa serie ES.

Los puntos de funcionamiento existen donde los riesgos de incendio y los cdigos de seguridad requieran la remocin de chispas de gases de escape. Los silenciadores de supresin de chispa de Universal estn diseados para realizar la doble funcin de amortiguacin de chispa y silenciador para todos los motores de combustin interna.

Ilustracin 14.- Silenciador de amortiguacin de chispa serie ES

5. Observaciones y Conclusiones.

6. Recomendaciones

7. Bibliografa

Silenciadores en Motores de Combustin InternaRendimiento Acadmico

Silenciadores en Motores de Combustin Interna

2

4

13

Escuela Superior Politcnica del LitoralImpulsando la sociedad del conocimiento

Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la ProduccinMotores de Combustin InternaEnero del 2014