CALCULOS PARA EL DISEÑO DE UN SISTEMA DE ESCAPE
El tubo de escape tiene una gran influencia en la potencia que es capaz de ofrecer un motor. A través de el viajan ondas de sonido junto con los gases de escape, y sus dimensiones determinaran la manera en la que se aprovechen esas ondas de sonido para facilitar la salida de los gases a la atmosfera. Para calcular y determinar el tamaño de los colectores de escape utilizaremos una formula muy sencilla:
LC =
Lc= longitud del colector de escape (incluido el tramo dentro de la culata) Ge= grados de escape del diagrama de distribución (cigüeñal) rpm= número de revoluciones máximo del motor. Los grados de escape del diagrama de distribución se hallan así: aae + 180 de pms a pmi + rce aae= adelanto en la apertura de la válvula de escape. Pms=punto muerto superior. Pmi=punto muerto inferior. Rce=retraso en el cierre de la válvula de escape.
Debe tenerse en cuenta que esta longitud del colector de escape se da en centímetros.
Ahora para calcular los diámetros adecuados de los conductos del colector tenemos otra fórmula que nos dará el dato con la ayuda de la fórmula anterior; ya que antes tenemos que saber la longitud de los conductos; esta formula es:
D= √
D= diámetro del conducto. Vc= volumen unitario del cilindro (cilindrada de un solo cilindro). Lc= Longitud del conducto. Se debe tener en cuenta que los diámetros para el colector de los tubos de escape se dan en centímetros. Este dato esta calculado para colectores rectos, y sabemos que prácticamente ningún motor lleva colectores rectos por lo que como corrección para colectores curvados necesitamos añadirle al diámetro un 10% más del resultado de la fórmula.
Ahora pasamos a calcular la medida del tubo de escape primario, que es en el que desembocaran los colectores. Es aconsejable que la unión entre los colectores y el tubo de escape primario se haga formando una caja de expansión, ya que esto producirá una desaceleración de los gases, en consecuencia una gran pérdida de ruido, y también evitamos que concurran las corrientes de distintos cilindros. La formula para el tubo de escape primario es:
D (Te)= √
D (Te) = diámetro del tubo de escape primario. Lc = longitud de colectores. Vt = volumen total del motor.
En cuanto a la longitud de este tubo no es tan trascendente como la de los colectores, ya que este desemboca en el silencioso, pero se aconseja que sea múltiplo de la longitud de los colectores (Lc).
Ahora pasamos a calcular la contra presión en el tubo de escape, para este cálculo utilizamos la siguiente formula:
P: Contra - presión en la tubería de escape. L: Longitud útil equivalente de la tubería. Q: Caudal de gas de escape. D: Diámetro de la tubería. T: Temperatura de gas de escape. Esta presión se da en pascales, la temperatura de gas de escape se toma ideal de un ciclo de aire normal que es 590 grados Celsius, y el caudal se halla con los cálculos en el cilindro.
Ahora calculáremos la reducción de ruido para el calculo del silenciador, para esto utilizaremos la siguiente formula:
LA: Reducción de ruido que ofrece el silenciador en decibeles por cada pie de longitud del silenciador, es decir, si se requiere el doble de atenuación con el mismo silenciador solamente se duplica su longitud. Do: Perímetro transversal del material absorbente en contacto con el área libre del silenciador, en pulgadas. S: Área libre transversal del silenciador en pulgadas cuadradas. Nunca debe ser menor al área trasversal del ducto donde se desea instalar, como mínimo debe ser igual. ∞: Coeficiente de absorción Sabine para el material absorbente. El coeficiente ∞ varia entre 0-1 Estos son algunos de los parámetros utilizados en el cálculo de un sistema de escape, recordando también la importancia del sistema de escape ya que este es un elemento de gran importancia dentro de la estructura del motor y su rendimiento posterior. Los problemas que se pueden dar en todo el conjunto de un sistema de escape que no este perfectamente diseñado y acoplado, viene provocados por el régimen de contrapresiones que el gas quemado, a altísimas temperaturas y velocidades de salida,
produce cuando se enfrenta a un foco contra el que se vierte mucho antes de salir a la atmosfera. Para obtener el máximo rendimiento de un sistema de escape, cuya determinación por calculo es siempre relativa, pues con las formulas dadas se llega a una solución pero en algunas ocasiones no la mas altamente calificada (pues algunos datos los suponemos ideales), la solución mas convincente consiste en partir de una hipótesis realizada bajo los cálculos y fórmulas dados, pasar luego a realizar pruebas, bajo la supervisión de un banco de pruebas, probando sucesivas soluciones y comprobando en cada una de ellas los efectos de rendimiento y potencia que se van encontrando en el motor y así decidir cual es la mejor opción para nuestro sistema de escape.
