Sistemas de Escape en Motores de Combustión Interna

Sistemas de Escape en
Motores de Combustión
Interna

Sistema de Escape. Índice General:
 1- Introducción: Elementos Básicos del Sistema.
Funciones esenciales del sistema de escape. Cómo se
presenta. Para qué sirve.
 2- Elementos del Sistema de Escape. Descripción y
Funciones.
1) - Válvula(s) de Escape.
2) - Colector de Escape.
3) - Silenciador.
4) - Catalizador.
5) - Otros.
 3- Gases de Escape y Contaminación.
 4- Posibles Averías del Sistema de Escape.
 5- Artículo. Catalizador de Urea.

Sistema de Escape
1) INTRODUCCIÓN

Sistema de Escape
 ELEMENTOS BÁSICOS
Múltiple de Escape y Header
Convertidor catalítico
Sujetadores de Tubería de Escape
Silenciador (Muffler) / Resonador
Colas de escape

Sistema de Escape
El escape desempeña
un papel decisivo en
TRES ÁMBITOS:
1- PROTECCIÓN DEL
MEDIO AMBIENTE
2- CONFORT ACÚSTICO
3- PRESTACIONES DEL
MOTOR (potencia, par,
consumo)

Sistema de Escape
 ¿CÓMO SE PRESENTA EL ESCAPE?
La línea de escape va desde el motor hasta la
parte trasera del vehículo, que es su única parte
visible.
El conjunto de los elementos que constituyen la
línea de escape mide aproximadamente 3
metros y va enganchado bajo la caja del
vehículo.
Su forma varía en función de la motorización y
del tipo de vehículo.

Sistema de Escape
 ¿PARA QUÉ SIRVE EL ESCAPE?
1- Canalizar y evacuar los gases resultantes de la combustión del
combustible.
En un motor de explosión, los gases quemados son recogidos por el
colector de escape y, después, encaminados hacia el silencioso delantero, el
silencioso trasero y la salida.
2- Asegurar la descontaminación y la reducción de los humos
La combustión desprende cuatro tipos de contaminantes nocivos:
- el monóxido de carbono,
- los hidrocarburos, resultantes de una combustión incompleta,
- los óxidos de nitrógeno,
- los humos específicos a los motores Diesel
El catalizador se encarga de reducir estos contaminantes mediante
reacción química.

Sistemas de Escape
 ¿PARA QUÉ SIRVE EL ESCAPE?(2)
3-Reducir las emisiones térmicas
A la entrada del colector, los gases de combustión tienen una temperatura
de orden de 900ºC. Este calor presentaría un peligro si fuera evacuado
directamente.
El contacto con el aire, en toda la superficie de la línea 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 acústicos.

Sistemas de Escape
2-ELEMENTOS QUE
COMPONEN EL SISTEMA DE
ESCAPE

Sistema de Escape
1)VÁLVULA DE ESCAPE.
- Fabricadas en acero especial de
muy alta calidad, más resistente al
calor y corrosiones que el acero
utilizado en las válvulas de admisión.
- Las válvulas de escape son menos
anchas (menor diámetro) que las
de admisión para asegurar su rigidez.
El vástago se hace hueco (aviación) e
incluso la cabeza para rellenarlos en
parte con sodio (conductor del calor)
consiguiendo rebajar la temperatura
de funcionamiento unos 150ºC
consiguiendo por tanto que la vida de
las válvulas se prolongue.

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2) COLECTOR DE ESCAPE.
Def.- Conducto por el cual el aire quemado
sale del interior de la cámara de
combustión y es canalizado hacia el
sistema de escape. Se fabrica en
fundición de hierro para que soporte las
altas temperaturas de los gases de
escape.

Sistema de Escape
Buena parte del esfuerzo puesto para lograr una elevada
potencia se ve disminuido si se usan los múltiples de escapes y
silenciadores corrientes.
Después que la mezcla aire/bencina es quemada debe salir
del motor para hacer espacio para la nueva carga que está por
entrar a la cámara de combustión. Para bajar los costos de
producción, casi todos los vehículos clásicos tenían múltiples de
acero fundido de forma logarítmica. Estos tienen algunos puntos a
favor como su larga duración y absorción del ruido. Pero por su alto
peso y malas características de flujo de gases deben ser
desechados en un auto de alto rendimiento.
El problema es que los 4 cilindros de una bancada salen a un
sólo punto en común, pero si este punto ya está lleno con la
descarga de alguno de los 4 cilindros, entonces el otro no va a
poder descargarse completamente.

Sistema de Escape
Los 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 creación
de una zona de baja presión, que
los gases del siguiente cilindro se
apuran en llenar. Sus
inconvenientes son el ruido y la
durabilidad

Sistema de Escape
3) SILENCIADOR
El sonido del motor, es una
onda formada por pulsos
alternativos de alta y baja presión
que se amortiguan en el silenciador de
escape. Cuando la válvula de escape
se abre y el gas de escape se
precipita hacia el tubo, golpea al gas
de menor presión, detenido allí. Esto
genera una onda que se propaga,
hasta la atmósfera 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 cámara principal por
una ventana. Luego, por tubos con
orificios, sale hacia la última porción
del tubo de escape. Por otra parte, la
cámara principal también se conecta a
través de un orificio con otro
compartimento llamado resonador.

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

Sistema de Escape
Escapes deportivos
El motor de los
automóviles para
uso en la ciudad
pueden ganar
algunos caballos
de fuerza si se baja
la capacidad de
amortiguación del
silenciador. Sin
embargo el escape
libre no beneficia a
este tipo de
motores.

Sistema de Escape
4) CATALIZADOR
Def.- Situado en el interior del tubo de
escape, reacondiciona los gases
producidos en la combustión. Acelerador
de la reacción química que combina los
compuestos de los gases de escape para
obtener dióxido de carbono y vapor de agua
como elementos finales. Utiliza platino y
rodio (también paladio) como elementos
aceleradores de la reacción química. En los
catalizadores por oxidación el monóxido
de carbono lo convierte en dióxido de
carbono al volverlo a combinar con el
oxígeno. Los hidrocarburos también los
hace combinar con el oxígeno obteniendo
de nuevo dióxido de carbono y vapor de
agua. Los catalizadores por reducción
convierten los óxidos de nitrógeno en
nitrógeno y oxígeno libre que se utiliza en
los procesos anteriores. Un catalizador de
tres vías combina los sistemas anteriores
pero necesita una temperatura superior a
400ºC para funcionar correctamente y que
la mezcla de aire y gasolina sea la
estequiométrica. Tampoco puede ser
utilizado con gasolina con plomo al anular
este material la función de los elementos del
catalizador.

Sistema de Escape
 Tipos:
- Oxidante: un solo monolito
cerámico que permite la
oxidación del CO y de los
hidrocarburos.
- De dos vías (reductor, de
doble cuerpo): es un doble
catalizador de oxidación con
toma intermedia de aire. El
primer cuerpo actúa 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 vías: es el más complejo y
evolucionado. Elimina los tres
polucionantes principales, es decir,
monóxido de carbono, hidrocarburos y
oxido de nitrógeno (CO, HC y NOx),
produciéndose las reacciones de
oxidación y reducción simultáneamente.
Su mayor eficacia depende de forma
importante de la mezcla de los gases en la
admisión. La mezcla se debe mantener
muy próxima a un valor estequiométrico
que se considera óptimo para l=1. Por ello,
se emplea un dispositivo electrónico de
control y medida permanente de la
cantidad de oxígeno en los gases de
escape, mediante la llamada sonda
lambda, que efectúa correcciones
constantes sobre la mezcla inicial de aire y
combustible según el valor de la
concentración de oxigeno medida en el
escape.

Sistema de Escape
 Partes de un catalizador
Exteriormente es un recipiente de acero
inoxidable, provisto de una carcasa-pantalla
metálica antitérmica que protege los bajos
de las altas temperaturas alcanzadas.
En su interior, contiene un soporte cerámico
o monolito, de forma oval o cilíndrica, con
una estructura de múltiples 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 metálicos, tales
como Platino (Pt) y Paladio (Pd), que
permiten la función de oxidación, más Rodio
(Rh), que interviene en la reducción. Estos
metales actúan como catalizadores, es decir,
transforman los gases de escape.

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5) Otros componentes.
- Válvula EGR
Recirculación de gases de escape
Misión
La recirculación de gases de escape tiene dos misiones
fundamentales, una es reducir los gases contaminados
procedentes de la combustión o explosión de la mezcla
y que mediante el escape salen al exterior. Estos gases
de escape son ricos en monóxido de carbono, carburos
de hidrógeno y óxidos de nitrógeno.
La segunda misión de la recirculación de gases es bajar
las temperaturas de la combustión o explosión dentro de
los cilindros. La adición de gases de escape a la mezcla
de aire y combustible hace más fluida a esta por lo que
se produce la combustión o explosión a temperaturas
más bajas.

Sistema de Escape
En la figura principal tenemos
una válvula seccionada y en
ella podemos distinguir las
siguientes partes:
- Toma de vacío del colector
de admisión.
- Muelle resorte del vástago
principal
- Diafragma
- Vástago principal
- Válvula
- Entrada de gases de escape
del colector de escape
- Salida de gases de escape al
colector de admisión

Sistema de Escape
La base de la válvula es la más resistente, creada de
hierro fundido ya que tiene que soportar la temperatura
de los gases de escape (sobrepasan los 1000ºC) y el
deterioro por la acción de los componentes químicos de
estos gases.
Estas altas temperaturas y componentes químicos que
proceden del escape son los causantes de que la
válvula pierda la funcionalidad, pudiendo quedar esta
agarrotada, tanto en posición abierta como cerrada, por
lo que los gases nocivos saldrían, en grandes
proporciones al exterior y afectando a la funcionalidad
del motor.

Sistema de Escape
 Tipos de válvulas EGR
El efecto de recirculación de gases lo podemos
encontrar hoy en día tanto en motores gasolina como
diesel, pero sobre todo en los diesel es donde con más
frecuencia las veremos ya que la mayoría de los
vehículos con estos motores la llevan incorporada al
salir de fábrica. Los tipos de válvulas EGR no son tipos
como tal sino complementos, es decir que la válvula
EGR mecánica se puede encontrar en los motores sola
o se puede encontrar con un accionamiento electrónico
que depende exclusivamente de la unidad de mando del
motor. Qué tenga este accionamiento electrónico
depende de las necesidades del motor.

Sistema de Escape
 Esquema del sistema
de recirculación de los
gases de escape EGR
1. Entrada de aire desde
el exterior.
2. Filtro de aire.
3. Colector de admisión.
4. Colector de escape.
5. Válvula de
recirculación EGR.
6. Conducto de
recirculación de gases.

Sistema de Escape
- La sonda Lambda.
¿PARA QUÉ SIRVE LA SONDA LAMBDA?
El principio de funcionamiento:
Para ser óptima, la catálisis requiere
una mezcla aire/combustible muy
precisa que permita regular la
temperatura del catalizador (entre 600º y
800º).
La función de la sonda Lambda:
La sonda Lambda tiene como misión
medir el contenido de oxígeno de los
gases de escape e informar de ello al
calculador. Este último corrige la
cantidad de gasolina suministrada al
motor para obtener una mezcla óptima.

Sistema de Escape
¿Cómo lo hace?
Elemento utilizado para informar a la centralita electrónica que controla la
inyección de la cantidad de oxígeno en el escape. Este elemento se utiliza
en los motores catalizados para realimentar al sistema de gestión del motor
con la cantidad de gasolina en la mezcla. Según los datos recibidos de la
sonda, la centralita enriquece o empobrece la mezcla para conseguir la
proporción adecuada de elementos en los gases de escape (necesaria para
el correcto funcionamiento del catalizador). La sonda Lambda está formada
por dos electrodos que son capaces de generar una corriente eléctrica
cuando se produce una notable diferencia de oxígeno entre ellos. Un
electrodo (cubierto de platino) está en contacto con los gases de escape,
mientras que el otro electrodo está en contacto con la atmósfera. La sonda
Lambda se coloca en el conducto de escape y cerca del colector para
mantener sus electrodos a una temperatura superior a los 200ºC (por
debajo de esta temperatura los datos no son fiables). Si la mezcla es pobre
se produce un exceso de oxígeno en el escape, los electrodos generan
muy poca tensión (0,1 voltios) porque la diferencia de oxígeno es poca. Si
la mezcla es rica se produce una falta de oxígeno en el escape y los
electrodos generan un nivel alto de tensión (0,9 voltios) porque la diferencia
de oxígeno es grande. Con la tensión generada, la centralita electrónica
conoce la riqueza de la mezcla y establece las correcciones necesarias.

Sistema de Escape
- El canister
Su función:
Desde 1992, las instancias internacionales tienen en
cuenta la emisión de vapores de hidrocarburos para
luchar contra la contaminación. El canister, u
absorbedor, almacena los vapores de gasolina
procedentes del depósito y permite que el motor los
recicle. De este modo, no son emitidos al aire libre.

Sistema de Escape
 Descripción:
· El canister va
situado entre el
depósito y el tubo de
admisión.
· Contiene carbón
activo, que tiene la
propiedad de
absorber los vapores
de gasolina. Su fondo
es permeable al aire.

Sistema de Escape
3) GASES DE ESCAPE Y
CONTAMINACIÓN

Sistema de Escape
 Emisiones del escape
Carbonilla: no es nociva, pero actúa como condensador de sustancias más
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 formación de la niebla
fotoquímica.
Óxidos de nitrógeno: (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 daños en los pulmones
y se combina fácilmente con la hemoglobina de la sangre e impide que ésta
transporte el oxígeno. Existen posibilidades de eliminarlos, pero debe ser a
base de construcciones de motor más caras y consumos de combustible
mayores.
Monóxido de carbono: (CO) es incoloro e inodoro. Es nocivo debido a que
se combina muy fácilmente con la hemoglobina de la sangre e impide que
transporte el oxígeno. La consecuencia última es la asfixia.

Sistema de Escape
 Motor Diesel y contaminación
La regulación o el reglaje electrónico de las bombas inyectoras de gasoil, o el
comando de los conjuntos inyectores-bombas se torna cada día más importante
sobre los vehículos Diesel en general
Estos dispositivos presentan las siguientes particularidades:
1) Los mismos disponen de una extensa gama de "programas", que permiten una
adaptación del sistema de inyección a las normas vigentes en cada país, y a los
distintos tipos de vehículos y aplicaciones.
2) Estos realizan el reglaje o la regulación de la inyección en función de criterios ya
determinados. La optimización casi instantánea de las cantidades de gasoil
inyectado, en función del estado de carga del motor, contribuye a la disminución de
las emisiones contaminantes tales como; los óxidos de nitrógeno; las partículas y los
hidrocarburos no quemados.
3) La unidad de control electrónico o calculador, corazón del sistema, recibe las señales
o pulsos eléctricos enviadas por las distintos "sensores" o sondas; de temperatura de
aire de admisión y del circuito de enfriamiento del motor; de la presión de
sobrealimentación; de la velocidad del motor; de la posición o relación de caja de
velocidades colocada; de la posición de la mariposa de aceleración; etc. Estos
comandos electrónicos de inyección, evitan las variaciones demasiado importantes
de los niveles de contaminación en función del funcionamiento

Sistema de Escape
 Motor Otto y Contaminación
Gases de escape menos contaminantes. La
concentración de los elementos contaminantes en los
gases de escape depende directamente de la proporción
aire/gasolina. Para reducir la emisión de contaminantes
es necesario preparar una mezcla de una determinada
proporción. Los sistemas de inyección permiten ajustar
en todo momento la cantidad necesaria de combustible
respecto a la cantidad de aire que entra en el motor.

Sistema de Escape
Recirculación de los gases (EGR)
El reciclado de los gases de escape, debido a la
reducción de la temperatura de combustión que
produce, obtiene un efecto positivo sobre las
emisiones de óxidos de nitrógeno.
Como contrapartida podemos decir que una
"relación" demasiado alta de recirculación,
puede ser negativa respecto a la vida útil del
motor, la cual puede verse disminuida por
polución interna y desgaste

Sistema de Escape
Para disminuir la contaminación, los constructores de
automóviles orientan su acción en torno a cuatro ejes
principales:
1. La utilización de dispositivos de alimentación de
combustible y de encendido precisos y estables.
2. La reducción de los contaminantes no quemados por
medio del catalizador.
3. El reciclaje de los hidrocarburos procedentes de los
gases del cárter motor.
4. La absorción de los vapores de gasolina del depósito

Sistema de Escape
4) POSIBLES
AVERÍAS EN EL
SISTEMA DE
ESCAPE

Sistema de Escape
 Obstrucción del Sistema de Escape
Básicamente la obstrucción del sistema de
escape se explica por una sedimentación de la
carbonilla que llevan los gases de escape en las
distintas partes del sistema de escape.
Esto puede provocar en el motor anomalías
como un aumento de consumo de combustible,
aumento de la velocidad de salida de dichos
gases, más dificultad para evacuar los gases (lo
que propicia una corrosión)...

Sistema de Escape
 Desgaste del Silencioso
La circulación en medio urbano es el principal factor de desgaste del
silencioso.
Contrariamente a lo que podría pensarse, no son los largos recorridos
por autopista los que aceleran el deterioro de los silenciosos.
Los daños más graves se producen en circulación urbana. Dado que
la línea de escape sólo alcanza su temperatura normal de funcionamiento
después de un mínimo de 5 kilómetros, los pequeños recorridos urbanos
son propicios para la condensación de los gases. Los silenciosos se llenan
con agua cargada de ácido que ataca las chapas del interior. A esto se
añaden las descargas térmicas debidas a la sucesión de puestas en
marcha y paradas frecuentes del motor.
En cambio, cuando nieva, la sal extendida en las carreteras genera
una corrosión exterior.
Tampoco hay que olvidar los eventuales golpes que recibe el
silencioso bajo la caja del vehículo.

Sistema de Escape
 Averías en el catalizador
La vida media de un catalizador son 80.000 Kms.
1) Los fallos en el encendido o una inadecuada regulación de la
mezcla de admisión pueden provocar que llegue combustible sin quemar
al catalizador. Al encontrarse a una gran temperatura, puede llegar a
producirse una combustión no deseada de la gasolina, provocando que el
monolito se funda. Esta fusión puede ocasionar un taponamiento del tubo
de escape, que se acusaría por una repentina pérdida de potencia del
motor, además de que es posible una rotura de la cerámica. Un exceso de
carbonilla debida a una mezcla excesivamente rica podría provocar,
igualmente, una obstrucción del monolito al taponarse sus estrechos
canales.
2) El consumo de aceite, si es excesivo, puede ocasionar también una
obstrucción del monolito, al generarse un exceso de partículas en el motor.
Igualmente, si se agota en exceso el nivel de combustible, puede
producirse un suministro irregular, que provoque un envío irregular al
catalizador.

Sistema de Escape
Otra práctica que puede generar avería en el catalizador es el
tradicional intento de arrancar el motor empujando el vehículo, o
insistiendo en exceso sobre el contacto. Esta práctica genera que
pueda llegar también combustible sin quemar al monolito
pudiéndose, igualmente, fundir por combustión. Asimismo, un golpe
en los bajos del vehículo puede provocar la rotura del monolito
cerámico, ya que está realizado en un material muy duro, pero muy
frágil.
Por último, una de las causas más frecuentes, pero que tiende a
desaparecer, es la utilización de gasolina con plomo, que
afortunadamente ya ha desaparecido. La presencia de plomo en el
catalizador neutraliza los metales activos que contiene (platino,
radio y paladio).

Sistema de Escape
Indicadores de Avería del Catalizador:
- Pérdida acusada de potencia a altas revoluciones.
- Pobre aceleración (debido a la obstrucción del
catalizador)
- Ruidos extraños en el tubo de escape y el
funcionamiento anómalo del motor, que nos avisa de la
posible rotura del monolito cerámico debido a algún
golpe.
La forma de comprobación 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
vehículo.

Sistema de Escape
Artículo. Catalizador de
Urea

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