Cómo funcionan los sistemas de escape de automóviles

La versión de 1970 de la Ley de Aire Limpio otorgó a la EPA su autoridad absoluta para regular las emisiones de los automóviles. John Foxx / Stockbyte / Getty Images

A decir verdad, las emisiones de un automóvil individual son relativamente bajas, en comparación con otras fuentes de contaminación. Pero cuando cientos de miles de personas están sentadas en un automóvil, llenando una autopista al máximo de su capacidad, los efectos acumulativos son enormes. Mientras está sentado en un atasco de tráfico, mirando el humo que sale del tubo de escape frente a usted y se eleva para unirse al smog en el cielo, piense por un momento en qué es ese humo. Puede que no parezca mucho, pero ese humo ha recorrido un largo camino desde que fue empujado a través del motor del auto momentos antes..

La preocupación por el efecto de nuestros automóviles en el medio ambiente no es nada nuevo. La versión de 1970 de la Ley de Aire Limpio otorgó a la EPA su autoridad absoluta para regular las emisiones de los automóviles. A medida que avanzaba la tecnología, la EPA impulsó estándares más estrictos. Y aunque los coches nuevos son mucho más limpios que los de hace 40 años, la gente tiende a conducir distancias mayores y con mucha más frecuencia hoy en día, lo que contribuye a una mayor contaminación. La Ley de Aire Limpio se renovó y aumentó su alcance en 1977, y luego nuevamente en 1990.

Los fabricantes de automóviles y los proveedores de repuestos han tenido que seguir el ritmo de estos cambios y, como puede imaginar, el sistema de escape de un automóvil también ha tenido que evolucionar considerablemente..

Contenido

1. Componentes de un escape: tubos de humo
2. Otros componentes de escape: cabezales, colgadores y más
3. La ruta de salida
4. Mantener las tuberías limpias

El sistema de escape se compone principalmente de tubos de varias formas diferentes, cada uno diseñado para conectarse entre sí, y cada uno tiene una forma que se adapta a una parte específica de la parte inferior del automóvil. (Las tuberías a menudo se doblan para envolver o acomodar otros componentes cercanos del automóvil, como los ejes). Cada tubería es responsable de mover los gases de escape hacia la parte trasera, pero muchos de los segmentos son especializados. En otras palabras, desde el exterior, el sistema simplemente se ve como un grupo de segmentos de tubería conectados que van desde el compartimiento del motor hasta el parachoques trasero, aunque algunos tienen un propósito adicional ya que el escape fluye a través de esa tubería en particular..

Por ejemplo, la tubería Y (que es simplemente, bueno, una tubería en forma de Y) podría instalarse de modo que el extremo con dos aberturas se atornille hasta las dos aberturas correspondientes en el colector de escape, combinando los desechos del motor para avanzar a través del sistema. O, cuando se instala en la parte trasera del automóvil, un tubo en Y puede ayudar a crear un sistema de escape doble con un tubo de escape a cada lado del automóvil (para un aspecto deportivo que a menudo se busca). Los tubos intermedios pueden estar conectados al silenciador o resonador, que son otros componentes importantes del sistema (los veremos en la página siguiente). Los tubos de equilibrio, que se encuentran en los sistemas de escape dobles, ayudan a igualar los pulsos de escape que viajan debajo de los lados del conductor y del pasajero del automóvil. Los tubos de espacio de aire son tubos anidados especializados que actúan como un escudo térmico y aislante al proporcionar una capa adicional para el flujo de aire. Y el tubo de escape, que generalmente se asoma por debajo del parachoques trasero, generalmente tiene una abertura más grande y puede estar hecho de un metal de aspecto más sustancial, para dar la apariencia de un escape de alto rendimiento que es una característica común de los autos de alta gama..

Aunque puede parecer ineficaz tener una tonelada de tuberías en lugar de solo una, en realidad, todos esos segmentos tienen un propósito. Por un lado, doblar tuberías es un trabajo duro y es más fácil conectar pequeños segmentos en ángulo a tuberías rectas que dar forma a una tubería larga, costosa y pesada para adaptarse a cada contorno de un automóvil. Además, los componentes del sistema de escape se desgastan a intervalos regulares (dependiendo, por supuesto, del fabricante, sus materiales, las condiciones de conducción y los factores ambientales). Es más fácil y menos costoso reemplazar un segmento de tubería oxidado, un silenciador golpeado o un convertidor catalítico desgastado que instalar un sistema completamente nuevo..

Quizás se pregunte cómo encajan todas esas tuberías. Bueno, algunos extremos se superponen, mientras que otros se acoplan de extremo a extremo; pero no sin un poco de ayuda.

El silenciador es otra parte clave del sistema de escape de su automóvil. Matthias Tunger / Banco de imágenes / Getty Images

Primero hablamos de las distintas tuberías, porque son los componentes más visibles y predominantes del sistema de escape y porque están por todas partes. Pero el sistema de escape realmente comienza en el cabezal de escape (también conocido como colector de escape). El cabezal parece una serie de tubos adyacentes pegados entre sí (aunque a menudo está hecho de metal fundido de alta resistencia). Recoge el escape directamente del motor, por lo que está diseñado para que cada abertura coincida con uno de los puertos de escape del motor, con bridas que forman un sello hermético para evitar que el escape se escape. A partir de aquí, el escape comienza a fluir a través de las diversas tuberías y otros componentes..

Las juntas que se colocan entre cada tubo juegan un papel muy importante. Es difícil, si no imposible, formar un sello impecable de metal a metal, por lo que las juntas se intercalan entre cada conexión para evitar que los gases venenosos se escapen prematuramente. Están hechos de fibra u otros materiales resistentes al calor, que tienen la flexibilidad suficiente para comprimirse ligeramente cuando las tuberías se sujetan firmemente entre sí. Esto ayuda a formar un sello hermético.

El silenciador es otra parte clave del sistema de escape. Parece una cámara grande redonda u ovalada (generalmente, pero no siempre, se encuentra cerca de la parte trasera del automóvil). Sin embargo, esa cámara tiene un diseño muy complejo: es responsable de silenciar la mayor parte del ruido del motor, aunque tiene que permitir que el escape continúe fluyendo sin problemas. Una serie de cámaras y tubos, llenos de roca, lana o fibras sintéticas, absorbe y controla el ruido. Y eso no es todo: el silenciador debe ser razonablemente resistente a los daños, la corrosión y la retención de calor. El resonador es un componente de eliminación de sonido secundario o sustituto, que se usa para aumentar el silenciador, o en los casos en que el espacio es escaso, incluso podría usarse en lugar de un silenciador..

Los convertidores catalíticos, que se hicieron comunes en la década de 1970, son el medio principal y más eficiente de reducir el nivel de toxinas en el escape de un automóvil. Las entrañas de un convertidor catalítico (o "gato") están recubiertas de metales. Los diferentes tipos de convertidores catalíticos utilizan diferentes combinaciones de platino, paladio y rodio. Antes de que el escape llegue al gato, contiene una combinación potente y súper tóxica de monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrocarburos. (Cuando lleva su automóvil a la prueba de emisiones, estos son los niveles químicos que se están probando). Cuando estos venenos entran en contacto con los metales que recubren el interior del gato, se produce una reacción química que hace que los gases de escape sean menos dañinos. . A medida que el escape pasa a través del gato, el nivel de productos químicos debe reducirse lo suficiente para cumplir con las regulaciones gubernamentales..

Ya hablamos de juntas, pero el sistema de escape requiere otras piezas básicas de hardware. Las bridas generalmente tienen el mismo propósito que las juntas, pero están hechas de metal (y a veces se forman directamente en el extremo de una tubería). Varias abrazaderas y soportes montan las piezas de escape juntas y las sujetan al vehículo, y los colgadores de escape cuelgan literalmente los tubos de la parte inferior del automóvil, con suficiente fuerza para mantenerlos en su lugar pero también con suficiente flexibilidad para resistir el movimiento causado por la conducción. Y por último, pero no menos importante, están los escudos térmicos: placas de metal (a veces aisladas) que se utilizan como una barrera adicional cuando las partes calientes del escape están particularmente cerca de otra parte del automóvil o directamente debajo del compartimiento de pasajeros.

Si un motor funcionara perfectamente, quemaría todo el combustible disponible a medida que pasa por sus ciclos, convirtiendo todos los bits sucios en una fuente de energía. Sin embargo, las sobras existen como contaminantes porque un motor simplemente no se puede diseñar para que funcione a la perfección; hay demasiadas variables. Alguna cantidad de combustible siempre permanecerá sin quemar o parcialmente quemado, y estos remanentes deben procesarse rápidamente fuera del vehículo, en forma de escape, para dejar espacio para el siguiente ciclo de combustión del motor..

Como mencionamos anteriormente, el escape primero sale del motor y entra al sistema a través del colector de escape. A partir de ahí, viaja por el sistema a través de tuberías interconectadas hasta que sale por el tubo de escape, cerca del parachoques trasero. Las tuberías en sí mismas ayudan a enfriar el escape, pero son principalmente una forma de que el escape viaje hacia (y a través) del convertidor catalítico y el silenciador..

El gato tiene que estar lo más cerca posible del motor, porque no funciona completamente hasta que alcanza la temperatura de funcionamiento. En muchos casos, el fabricante coloca al gato poco después del colector, por lo que el calor del motor ayuda a calentar al gato y lo lleva rápidamente a la temperatura..

Una vez que los gases pasan a través del gato, que se queman y eliminan hasta el 90 por ciento de las toxinas del escape, la siguiente prioridad es filtrar el sonido del motor [fuente: Allen]. El silenciador y el resonador suelen estar situados justo detrás del gato. Hay muchas variaciones en esta combinación: algunas suavizarán el escape tanto como sea posible, mientras que otras están específicamente ajustadas para tonos agresivos. Desde allí, el escape se mueve por el resto de las tuberías hasta que sale del automóvil..

Con todos esos productos químicos dando vueltas, es una gran hazaña que el sistema de escape realmente funcione tan bien como lo hace. Un sistema de escape en buen estado debería durar de dos a tres años, pero las tuberías sufren daños tanto por dentro como por fuera. En el exterior, son susceptibles a las condiciones de la carretera, como el impacto de los escombros y los factores ambientales, como la nieve, el hielo y la sal de la carretera..

Sin embargo, una causa más importante de la degradación del sistema de escape es interna, y no se puede ver hasta que las tuberías se hayan corroído con óxido. Sabemos que a medida que el motor quema combustible para generar energía, quedan subproductos de este proceso, por eso se necesita el sistema de escape. Uno de estos subproductos es la humedad ácida y realmente daña el metal. Desafortunadamente, realmente no hay forma de mantener limpio el interior de las tuberías..

Cuando un tubo de escape se pudre o se suelta una conexión, se produce una fuga de escape. Una fuga es casi siempre aparente de inmediato con un sonido fuerte y desagradable y, posiblemente, problemas de conducción como una fluctuación intermitente de potencia. Pero, lo crea o no, estos no son los problemas reales. Se vuelve un poco más serio si la fuga ocurre antes del convertidor catalítico, lo que significa que el escape no se está procesando correctamente y todos esos productos químicos calientes se están derramando por todas partes en la atmósfera. Siempre es una buena idea arreglar las fugas lo antes posible para evitar someterse a usted, a sus pasajeros y a su entorno a gases de escape sin filtrar..

Esas puntas de escape cromadas no están engañando a nadie. Tomasz Pietryszek / Photodisc / Getty Images

Los motores diésel, a los que a menudo se les culpa por niveles desproporcionadamente altos de emisiones tóxicas, pueden encontrar que su reputación se rescata de alguna manera con filtros de escape nuevos y mejorados que afirman reducir las emisiones en aproximadamente un 25 por ciento, con el beneficio adicional de aumentar la economía de combustible. Varios fabricantes de automóviles con un historial de ofrecer modelos diesel han introducido sistemas similares que combinan convertidores catalíticos de alta potencia con filtros de partículas diesel. La línea de turbodiésel BlueMotion de Volkswagen (que se vende principalmente en Europa y América del Sur) y los motores diesel BlueTec de Mercedes son dos de esos ejemplos. En muchos casos, estos componentes OEM y modelos de automóviles utilizan la reducción de peso y otras técnicas de racionalización para mejorar la eficiencia general..

La eficiencia mejorada del escape es fundamental para aprovechar al máximo su automóvil, e incluso hay formas de mejorar un automóvil más antiguo (suponiendo que esté en buenas condiciones en general, un sistema de escape de rendimiento no hará milagros en un cacharro total). Un mecánico generalmente puede pedir repuestos originales idénticos, pero también hay alternativas de proveedores de repuestos de alto rendimiento que a menudo le dan al automóvil un lavado de cara (al menos, tanto como la parte inferior del automóvil se puede arreglar, de todos modos). Hay varios beneficios de los sistemas de escape de alto rendimiento que se mencionan con frecuencia. Los fabricantes del mercado de repuestos son muy conscientes de que la experiencia auditiva es fundamental para una conducción placentera y también les permite a los conductores cercanos saber que también se gastó un poco más en el automóvil. La mayoría de los fabricantes ofrecen una variedad de sistemas que varían en sonido, desde una sutil garganta hasta un rugido total. Un escape de buen rendimiento del mercado de accesorios puede mejorar la respuesta del acelerador (la rapidez y la suavidad con que reacciona el automóvil a la presión aplicada al pedal del acelerador) y aumentar la potencia. Algunos sistemas incluso pueden mejorar el ahorro de combustible. Los escapes de rendimiento pueden proporcionar este aumento de potencia porque son menos restrictivos que los escapes de serie. Si el motor puede expulsar más aire (lo que también significa que puede tomar más aire) eso ayuda al motor a generar más potencia. Pero al contrario de lo que podría pensar, un sistema totalmente fluido será contraproducente. Los escapes del mercado de accesorios están diseñados para proporcionar la cantidad justa de contrapresión para que el motor no termine funcionando a una potencia por debajo del pico. Por eso es importante elegir uno diseñado y optimizado para su vehículo específico. Y antes de arrancar los tubos de escape, asegúrese de que el sistema que desea sea legal en la calle y no haga que su automóvil falle la prueba de emisiones..

Comprenda también que un sistema de escape de rendimiento real no puede proporcionar beneficios alucinantes para una inversión trivial. Tenga cuidado con los productos baratos como los componentes del sistema de escape de "rendimiento" que se enganchan o atornillan o las puntas de escape que pretenden dar la apariencia de un sistema de rendimiento completo. No ayudarán a la capacidad de conducción del automóvil e incluso pueden obstaculizarlo al agregar peso adicional y resistencia al viento. Y además, esos consejos chillones realmente no engañan a nadie.

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• ¿Cómo funcionan los cabezales de escape para mejorar el rendimiento del motor??

Fuentes

• Abuelsamid, Sam. "Complementos inútiles para el rendimiento del automóvil". Mecánica popular. (29 de enero de 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/products/performance-sapping-aftermarket-add-ons
• Allen, Mike. "Cómo instalar un sistema de escape Cat-back". Mecánica popular. 18 de diciembre de 2009. (29 de enero de 2012) http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/maintenance/4270747
• Dow Automotive Systems. "Automotriz: reducción de las emisiones de escape". (29 de enero de 2012) http://www.dowautomotive.com/capabilities/industry/automotive/reducing.htm
• Flowmaster. "Performance Exhaust Systems". 2011. (29 de enero de 2012) http://www.flowmastermufflers.com/index.php?cat=2
• Oficina de Fuentes Móviles de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. "Emisiones de automóviles: una descripción general". Agosto de 1994. (29 de enero de 2012) http://www.epa.gov/otaq/consumer/05-autos.pdf
• Escape Walker. "Walker Exhaust 101". (29 de enero de 2012) http://www.walkerexhaust.com/support/exhaust101/componentsAndDesign.asp