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El escape - Parte 1





El proceso de escape en los motores posee una gran importancia. Debemos tener en cuenta que gran parte de la energia liberada en el proceso de combustion, revierte directamente en los gases expulsados en el ultimo tiempo del ciclo. Los gases de escape que salen por la valvula de escape cuentan con una temperatura elevada y tambien de una gran energia cinetica, que en algunos casos se ha logrado aprovechar con la interposicion de turbocompresores, aunque estos elementos han tenido una vida breve en las motos.

Las particularidades de los gases de escape obligan a que sobre ellos se haga un tratamiento adecuado. De forma inicial los constructores solamente se dedicaron a canalizarlos para impedir quemaduras sobre el piloto y los ocupantes. Posteriormente tambien se comenzaron a silenciar puesto que ademas de las temperaturas elevadas, los gases tambien poseen una cierta vibracion, que en parte es sonora.

Ultimamente se ha hecho el intento de ademas aprovechar estas ondas que acompañan a los gases para beneficio de el rendimiento del propio motor, ajustando el tamaño, la longitud y las uniones de los diferentes tubos, de forma que ayuden a un mejor llenado del cilindro en la siguiente fase de admision.

Los tubos de escape de los motores de 4 tiempos fueron independientes durante muchos años, en la practica hasta la decada de los 80. Cada cilindro contaba con un tubo que en el caso de los motores de 4 y hasta 6 cilindros, representaba un problema serio, no solamente de ubicacion, sino tambien de peso.

De forma basica cada tubo de escape actuaba sobre el cilindro correspondiente, estando diseñado segun las caracteristicas de el motor.

Si se estudia por encima el proceso de escape desde que el gas sale de la valvula de escape, puede comprender la razon de la construccion de escapes de medidas concretas.

Cuando es abierta la valvula de escape, los gases que pueden encuentrarse en la camara de combustion, salen por ella a una gran velocidad, por la alta presion interior. La velocidad de salida cambia, segun algunos factores, principalmente la temperatura y la anchura del tubo.

Junto a los gases, se genera ademas una onda de choque, que circula junto a ellos, y que es la causante que se aprovechen ciertos efectos.

Como puede ver en la figura, una onda que corre por el interior de un tubo sufre una serie de cambios al llegar a su final.

Si el tubo termina en un final cerrado, la onda rebota en el y cambia de direccion regresando a su lugar de origen.
Es como una ola en un estanque, si hay una pared en el, la onda rebota y regresa en direccion contraria.

Si el final del tubo esta abierto, lo que pasa entonces es que la onda cambia de forma, si era una onda de presion, se transforma en una onda de depresion, y si era de depresion en una de presion. La direccion sigue siendo la contraria a la que tenia antes de llegar al final del tubo.

Estas propiedades pueden aprovecharse para mejorar la extraccion del gas de escape de la camara de combustion puesto que si en el momento en el que la valvula de escape se abre, hay una onda que facilita el paso de los gases en el tubo, la fase de escape tendra mayor eficacia y habra menores probabilidades de que haya gas quemado que permanezca en el interior del cilindro cuando la valvula se cierre.

En bajos regimenes, generalmente no hay problemas con la extraccion, pero si en los mas elevados, cuando hay muy poco tiempo para que sea realizada el proceso. Como ejemplo en una moto con un diagrama de escape cuya duracion sea 240 grados, a un regimen de 10.000 r.p.m., solo hay 4 milesimas de segundo, desde que la valvula se abre, hasta que vuelve a cerrar, lo que obliga a un trasvase realmente rapido.

Si se dispone con un tubo de escape por cada cilindro, este tubo debe encargarse de modificar las ondas de forma que ayuden a la extraccion. En un conducto tenemos un final abierto que corresponde con la salida al exterior de uno de sus extremos, y tambien existe un final cerrado, que corresponde al extremo tapado con la valvula de escape.

La operacion mas habitual es la siguiente: siguiendo la figura a la derecha, cuando se abre la valvula de escape se crea una onda de presion, que recorre el tubo hacia el exterior.

Al llegar a la salida, esta con un final abierto, de forma que regresa nuevamente hacia el motor transformada en una onda de depresion.
Al llegar a la valvula, que ya se ha cerrado, rebota como onda de depresion aun y avanza hacia la salida, para regresar nuevamente retrocediendo cuando llega al final, transformada ahora en onda de presion.
Al llegar a la valvula rebota, de forma que tiene las mismas particularidades que cuando se creo. Es entonces cuando se abre la valvula de escape, y los gases salen, siendo ayudados por la onda, que va abriendo camino. Ademas, se suman 2 ondas, la inicial y la que provenia de el ciclo anterior de forma que con varios ciclos, el proceso va aumentan de intensidad. El sistema entra en resonancia y el rendimiento aumenta.

Existe un problema y es que, como las ondas viajan a una velocidad mas o menos constante, llegan a la valvula de escape siempre al mismo tiempo, y el proceso es optimo en un regimen concreto en el cual el tiempo entre 2 aperturas de la valvula de escape es el mismo que en 4 viajes de la onda. Para ajustarlo, se estudia la longitud del tubo de escape.

Si el regimen es menor, la onda llega muy pronto, y si es mayor, la onda llega muy tarde.

En esta situacion las ondas tienen un comportamiento muy brusco, algo que puede evitar realizando ensanchamientos o estrechamientos. En el primer caso, el tubo se comporta como un final cerrado parcial, es decir, se crea la onda correspondiente al final completo, pero no con la totalidad de la onda. Se aumenta el periodo de actuacion y se baja la intensidad del procesa.

Esto es aprovechado para brindar al motor un mayor periodo en el que se beneficie, llamandose este tubo de escape megafono, por tener un final que aumenta poco a poco de seccion, como si se tratase de un altavoz primitivo. Con el las ondas se modulan, actuando de forma mas suave y en un regimen mas amplio.









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