Sistemas de Escape en Motores de Combustión Interna

Presentación del tema: "Sistemas de Escape en Motores de Combustión Interna"— Transcripción de la presentación:

1 Sistemas de Escape en Motores de Combustión Interna

2 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. - Válvula(s) de Escape. - Colector de Escape. - Silenciador. - Catalizador. - Otros. 3- Gases de Escape y Contaminación. 4- Posibles Averías del Sistema de Escape. 5- Artículo. Catalizador de Urea.

3 Sistema de Escape 1) INTRODUCCIÓN

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

5 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)

6 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.

7 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.

8 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.

9 2-ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ESCAPE
Sistemas de Escape 2-ELEMENTOS QUE COMPONEN EL SISTEMA DE ESCAPE

10 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.

11 Sistema de Escape 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.

12 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.

13 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

14 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.

15 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.

16 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.

17 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.

18 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.

19 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.

20 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.

21 Sistema de Escape

22 Sistema de Escape 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.

23 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

24 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.

25 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.

26 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.

27 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.

28 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. 

29 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.

30 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.

31 3) GASES DE ESCAPE Y CONTAMINACIÓN
Sistema de Escape 3) GASES DE ESCAPE Y CONTAMINACIÓN

32 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.

33 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: 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.       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. 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

34 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.

35 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

36 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

37 4) POSIBLES AVERÍAS EN EL SISTEMA DE ESCAPE

38 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)...

39 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.

40 Sistema de Escape Averías en el catalizador
La vida media de un catalizador son 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.

41 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).

42 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.

43 Artículo. Catalizador de Urea
Sistema de Escape Artículo. Catalizador de Urea