Sistemas de escape

            Introducción

            En los motores de combustión interna alternativos se logra la combustión introduciendo en los cilindros una mezcla de aire y combustible que posteriormente se inflama. Al desarrollarse la combustión los gases quemados son evacuados al exterior a través del sistema de escape.

            El conjunto de todos los elementos que intervienen en las fases de vaciado del cilindro forman el sistema de evacuación o sistema de escape. Este sistema de escape incorpora al vehículo una serie de dispositivos con el objetivo de dirigir estos gases a la atmósfera con la  menor cantidad de residuos tóxicos posibles (ver figura 20).

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Figura 20: Esquema del sistema de escape.

            Sistema de escape

            El sistema de escape cumple con dos funciones vitales, la primera es eliminar los peligrosos gases producto de la combustión interna del vehículo y segundo, reducir el ruido de los gases de escape. La contaminación de los vehículos es creada por el quemado o evaporación del combustible. Sus principales sustancias nocivas son el CO, HC y NO2:

  • El CO impide el intercambio de oxigeno en la sangre y causa envenenamiento por monóxido de carbono. El CO atmosférico en una concentración de 30-40 PPM* entorpece o paraliza el sistema nervioso autónomo. A 500 PPM; o con una concentración mayor, causa dificultad en la respiración y dolores de cabeza cuando se intenta mover el cuerpo. En concentraciones muy altas, puede causar la muerte.
  • El HC irrita los revestimientos de los órganos respiratorios.
  • El NO2 irrita los ojos, nariz y garganta, si la irritación es fuerte, causa tos, dolores de cabeza y daño en los pulmones. EI NO2, emite un olor irritante a 3-5 PPM, irrita los ojos y nariz a 10-30 PPM y provoca tos, dolores de cabeza y vértigo a 30-50 PPM.
  • El CO2 no es directamente dañino para los seres humanos pero es responsable del efecto invernadero en la tierra.

*PPM partículas por millón.

            Los automóviles actuales tienen un sistema de control de emisiones para controlar los contaminantes de los gases de escape. Ahora explicaremos el principal sistema de control de emisiones, los convertidores catalíticos:

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Figura 21: Gases que entran y salen del catalizador.

            Un catalizador es una sustancia que produce una reacción química sin que esta sufra algún cambio de masa. Como se puede ver en la figura 21 el catalizador convierte o elimina los gases tóxicos en unos gases menos tóxicos a través de una reacción química. Los catalizadores usados en convertidores catalíticos de automóviles se diferencian del número de gases que son capaces de eliminar o convertir en otros gases.

            El sistema catalizador

           Existen varios Sistemas de Catalizador aunque nos centraremos en el CCRO Convertidor Catalítico para la Reducción y Oxidación, es el tipo de convertidor catalítico standard, debido a que este puede convertir no solamente el CO y HC, sino también el NO2 en sustancias no contaminantes. Sin embargo, el problema con este tipo de convertidor es que, para que se produzca esta reacción, la relación aire- combustible debe de mantenerse muy cerca de la relación teórica. Si esto se cumple, se obtiene una proporción de purificación muy alta para los tres contaminantes, como se muestra en el gráfico en la figura 22.

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Figura 22: Gráfica de relación de purificación de gases.

            El sistema de recirculación de los gases de escape

            El objetivo del EGR es reducir la cantidad de NO2 en el escape. La cantidad de NO2 crece a medida que sube la temperatura del interior de la cámara de combustión. Por lo que una lógica manera de disminuir el NO2 es bajar la temperatura de la cámara de combustión.  La mayor parte de los gases de escape son los gases inertes el  CO2 y H2O por lo que este sistema los re-circula a través del múltiple de admisión con el objetivo de bajar la temperatura de la cámara de combustión, ver la figura 23.

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Figura 23: Sistema EGR.

            El turbocompresor

            En los motores Diesel es habitual recurrir a la sobrealimentación para incrementar el rendimiento volumétrico del motor. Es decir, obtener mayores prestaciones del motor pero sin aumentar la cilindrada. Una forma de conseguir la sobrealimentación es acoplando un turbocompresor al sistema de escape para aprovechar la energía cinética de los gases quemados como se puede ver en la figura 20. Esa energía se transmite a la zona de admisión del motor para comprimir los gases frescos. Al reducir el volumen de los gases frescos se consigue aumentar su densidad y la cantidad de oxígeno en el interior del cilindro. Lo que permite incrementar la cantidad de combustible que puede quemarse.