ESCAPE (Tubo de) - Definición - Significado

Se denomina tubo de escape el conducto utilizado en los motores de combustión interna para expulsar los gases quemados de la cámara de combustión al terminar el ciclo. En el caso de los motores automovilísticos el uso de los tubos de escape ha sido obligatorio ya desde un principio, por la necesidad de reducir el ruido producido por el escape libre de los gases en el momento de la apertura de las válvulas. El tubo de escape es sólo una parte de la instalación que consta de: los conductos que van al interior de la culata, los colectores (de la culata al tubo de escape) y el tubo de escape con sus correspondientes silenciadores.

En los primeros motores el escape se limitaba a un simple tubo, ni siquiera demasiado largo, que terminaba poco después del alojamiento del motor. En algunos casos, en los motores de un solo bloque construidos alrededor de 1910, se incluían en la fusión también los colectores de escape. Este tipo de construcción determinaba un excesivo calentamiento del agua de refrigeración, acompañado de una mayor facilidad de formación de incrustaciones y del peligro de sobrecalentamiento y deformaciones locales. Estos fenómenos eran agravados por la escasa circulación de aire dentro del capó, que por lo general era de volumen muy reducido. Ello justifica el gran uso que se hacía de revestimientos de amianto para los colectores, también con la finalidad de no calentar la pintura de la carrocería. Aparte de todo esto, en los primeros años del automovilismo apenas si se concedía importancia al estudio de los tubos de escape. Los cilindros en general convergían en un conducto único, de fundición, desde el que por un tubo de chapa los gases llegaban al silenciador. Éste consistía en una sencilla caja de forma más o menos cilindrica, en la que la corriente de los gases era obligada a seguir un recorrido a través de una serie de comportamientos que, oponiendo distintos grados de resistencia al paso de los gases, determinaban un amortiguamiento del ruido. Con frecuencia en el tubo de escape se colocaba una válvula mediante la cual los gases podían enviarse, a voluntad, al silenciador, o bien directamente al exterior; cuando se tenía que superar una cuesta, se abría el escape con el fin de aprovechar al máximo la potencia disponible.

Sólo después de los años veinte fue afrontado de forma orgánica el problema de reducir el ruido del escape sin excesivas pérdidas de potencia. Generalmente el tubo de escape no debe absorber más del 5 % de la potencia desarrollada por el motor, y con sistemas bien proyectados y realizados las pérdidas quedan reducidas al 2,5%.

Al diseñar un tubo de escape se parte en mínima proporción de bases teóricas y en gran medida de bases empíricas, realizando un meticuloso trabajo experimental. Por lo general se tiene en cuenta que al sistema de descarga se le confían 2 misiones esenciales: facilitar la salida de los gases y aminorar el ruido. Cuando los gases salen del cilindro, lo hacen en forma de ondas pulsantes. Las pulsaciones de las columnas de los gases dentro de los conductos producen por ello ondas sonoras, que se superponen en el caso de que se trate de motores de varios cilindros. Estas ondas pueden ser reguladas de forma que faciliten el escape de los cilindros.

Por el contrario, un estudio incorrecto de los conductos puede producir contrapresiones en uno o varios cilindros, ya que la onda de presión de los gases proveniente de un cilindro puede volver a entrar cuando se está abriendo la válvula y su presión de descarga es todavía baja. Por ejemplo, dado que todo depende del orden de las explosiones y del número de cilindros, en el caso de un motor de 6 cilindros en línea las interferencias entre uno y otro cilindro resultan evidentes. En este caso existen siempre 3 válvulas de escape que, por lo menos durante un cierto tiempo, están simultáneamente abiertas; por este motivo en el caso de un orden de explosiones del tipo 1-5-3-6-2-4 se acostumbra reunir los conductos de los cilindros 1-3-2 y 5-6-4. El aislamiento completo se puede conseguir juntando los cilindros 1-6, 2-5 y 3-4.

Otro problema que debe resolverse para facilitar la salida de los gases es el referente a las dimensiones de los conductos, es decir sección y longitud, antes de los puntos de unión o del silenciador.

En contra de lo que se podría imaginar, no es conveniente adoptar diámetros demasiado grandes, ya que se ha comprobado que conviene mantener todo lo posible la elevada velocidad existente en los conductos de la culata inmediatamente después de las válvulas; de esta forma se logra vencer la contrapresión debida al silenciador y por este motivo se usan, siempre que es posible, tuberías largas y bien empalmadas.

Los sistemas estudiados para la eliminación del tubo de escape conducen generalmente a una pérdida de potencia, ya que las condiciones de presión al abrirse las válvulas quedan reducidas, determinando con ello una pérdida de mezcla fresca en la fase de cruce. Un fenómeno análogo tiene lugar cuando las bridas de empalme entre colectores y culata no ajustan o bien cuando existen fisuras en los mismos colectores. Todo esto se explica por el hecho de que la energía cinética de los gases expulsados a lo largo de un conducto con las dimensiones y empalmes correctos puede provocar la succión de los gases que salen de otro conducto.

Existen fórmulas que permiten calcular de forma aproximada la longitud del tubo antes del silenciador. Esta longitud es proporcional a la carrera, al diámetro elevado al cuadrado y al tiempo de apertura de la válvula, e inversamente proporcional al diámetro del tubo de descarga en la culata.

Por lo que concierne a la reducción del ruido del escape, en la práctica los silenciadores reducen el ruido por rozamiento, convirtiendo la energía pulsante en calor; además, precisamente a causa de su carácter pulsante, la superposición de 2 ondas puede dar lugar a una resultante de amplitud reducida, es decir amortiguada. Por consiguiente, resulta más difícil eliminar el ruido de los motores de pocos cilindros.

En los primeros coches (cuando se hacía algo más que emplear un sencillo tubo) todo se reducía a conducir los gases a una gran cámara, en la que las ondas se amortiguaban rebotando contra las paredes, y a hacerlos salir por un terminal aplastado. Actualmente, los silenciadores funcionan basándose en el principio de la absorción y la interferencia de las ondas sonoras. Los silenciadores de absorción son cajas con lana de vidrio o virutas metálicas, donde las ondas sonoras resultan amortiguadas por rozamiento. Los silenciadores de ese tipo se denominan también de flujo directo y producen una débil contrapresión.

Frecuentemente se inserta una cámara antes de la salida para eliminar las resonancias a determinados regímenes de rotación. El peligro de estos silenciadores reside en la posibilidad de que el material absorbente se disdisgregue con el tiempo y pueda salir por el tubo de escape. Por este motivo, las normas de la Comunidad Económica Europea prevén, además de la medida del límite de ruido (82 dB), las pruebas de control periódicas para verificar la integridad de los silenciadores. Análoga tendencia se manifiesta en otras normas generales.

Los silenciadores de interferencia o de contrapresión utilizan los siguientes procedimientos: reducción de la sección de salida de los gases, interposición de cámaras en serie, interposición de serpentines y estrechamientos, así como interferencias mediante el flujo de gases en sentido inverso.

En la práctica, en este caso la reducción del ruido se obtiene, además de por un fenómeno de rozamiento, también por la interferencia entre varias ondas sonoras, para conseguir la anulación o el amortiguamiento recíproco. Frecuentemente se ven en los comercios elementos terminales para tubos de escape cuya misión sería la de disminuir la contrapresión creando, en general por acción dinámica, una succión de los gases de salida. La acción de estos elementos es casi siempre ilusoria, aunque en teoría la introducción de un eyector en el tubo debería dar resultado.

A partir de los años setenta los tubos de escape han sido cada vez más complicados y costosos a causa de las modificaciones realizadas en los motores, con el fin exclusivo de respetar las normas contra la contaminación. En particular se han introducido sistemas de catalíticos para eliminar las substancias nocivas de los gases de escape.

El material empleado normalmente para los colectores es la fundición, mientras que para los silenciadores y sus tubos se emplea el acero protegido con una capa de aluminio. A veces, y en particular para los silenciadores especialmente expuestos a la corrosión, se usa acero inoxidable o revestido con una capa de esmalte cerámico.