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CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

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  • CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

    Antes que nada... que titulo papá!

    Pero bueno.. volví al ruedo para ver si se da una charla sobre lo que tanto nos gusta.. los fierros... y ver si entre todos podemos aprender algo más allá de combinaciones mágicas, escapes brillosos y números fantaseosos.
    Vuelco lo que se a ver que sale y en que estoy equivocado.

    Puntos claves a la hora de diseñar un escape:

    .- Pérdidas de carga. Lease la caida de presión que se genera por curvas en el escape, rugosidad interna, silenciadores, etc.
    .- Sintonia de las ondas de presión con respecto al tren de distribución.
    .- Masa del sistema (cantidad de kg de material utilizados).

    Pérdidas de carga:

    El secreto está que al final del escape la diferencia de presión sea la mayor con respecto a la atmosférica.

    En este aspecto es donde en general se logran buenos diseños, dado que es sentido común. No tener muchas curvas, usar materiales como acero inoxidable para evitar acumulación excesiva de carbón y menores espesores. Lograr silenciadores con la mayor atenuación y la menor pérdida de carga posible (que flujeen lo mejor posible por decirlo de alguna manera). Usar diámetros justos para que los gases lleguen con buena velocidad al final del recorrido sin ser restrictivos para el volumen generado por el motor a máxima potencia / régimen.

    En el caso de los motores turbo, de la turbina para atrás (esto lo habiamos hablado en otro post pero ahora estamos siendo más generales y tirando conceptos) es importante que la turbina tenga la mayor caida de presión a su salida y además cualquier motor turbo genera una elevada cantidad de gases de escape con respecto a un aspirado de misma cilindrada, por ende los diámetros del escape son de mayor importancia. Si la turbina tiene una diferencia de presión elevada entre la entrada de la misma y su salida, su capacidad de generar trabajo es mucho mayor que en caso contrario. Por eso un caño corto en forma de difusor a la salida de la turbina seria lo ideal, pero nosotros nos vemos por un tema legal y práctico obligados a meterle un escape similar a un aspirado y silenciarlo para funcionar por la calle. El amigo Astra subira una foto que me paso el otro día de un Astra brasilero que le sacaron el escape corto por el paragolpes delantero....

    Masa del sistema

    Este punto es simple. Si tenemos dos sistemas de escape idénticos, pero uno pesa menos que otro seguramente por optar por caños de menor espesor etc.. sin descuidar la resistencia mecánica del conjunto... podemos decir con seguridad que el sistema de menor masa va a dar un mejor rendimiento. Porque? Porque al tener menor masa el escape entra en temperatura de régimen antes y también toma menos energía para calentarse de los gases.. de esta manera los gases al ser más calientes pierden menos velocidad y voy a favor de evitar la pérdida de carga del sistema.

    Ganancia desde otro punto de vista ajeno a este post.. pero ganancia al fin.. menos kilos en el auto.

    Sintonia de las ondas de presión con respecto al tren de distribución

    Este como es el caso sobre el cual hay muy poca información fidedigna y mucho chamuyo al respecto, es donde se ve mucha fantasia con sistemas de escape como platos de fideos para motores que lejos de necesitarlos empeoran.

    Antes que nada el concepto general por el cual un múltiple de escape sirve tanto en aspirados como en turbos y que es tan olvidado es el "cruce de válvulas". Sin cruce de válvulas el múltiple de escape y su sintonia con respecto a los tiempos de apertura y cierre de las válvulas sería algo inutil. Porque? paso a dar un ejemplo que siempre me parecio piola... y perdon para los que ya la tienen clara en esto.

    El cruce de válvulas es muy beneficioso en autos aspirados porque el escape (por lo que explico a continuación) ayuda succionando la carga de aire fresca através de la válvula de admisión. Si la válvula de admisión no está abierta en ningún momento o muy poco mientras la de escape está abierta... esta claro que esto es imposible que suceda, dejando al más lindo de los múltiples solamente como algo cosmético y de poca funcionalidad.

    Al abrirse la válvula de escape el pistón inyecta como si fuera una jeringa los gases de escape calientes y a velocidades muy elevadas dentro del conducto de escape. Vamos a imaginarnos que esos gases de escape luego de cerrarse la válvula de escape se interrumpen y siguen con alta velocidad viajando... imaginemos un subte y nosotros parados dentro del tunel.. al pasar el subte vamos a sentir cuando lo tenemos cerca que viene comprimiendo el aire (onda de presión positiva) y cuando termina de pasar sentimos que succiona el aire (onda de presion negativa).

    Con esta imagen del subte vamos a explicar el porque de los sistemas 4-2-1 y 4-1 de escape.

    Imaginemos 4 tuneles que convergen en un punto (4-1) y los subtes que salen de su estación a intervalos iguales de tiempo como los gases de un motor. Si los cuatro tuneles son del mismo largo, cada subte al llegar al encuentro se van a poner uno atras de otro y así viajar hasta el final del ramal (salida del escape). Cada subte al llegar a la intersección va a generar por detras de el una onda de succión que la van a ver los otros tres tuneles ayudando al subte que se encuentra viajando hacia la intersección a hacer el viaje con menos trabajo. obviamente si yo cambio el largo de los cuatro conductos y según la frecuencia con la que salgan los trenes (rpms) que tan continuo sea el pulso de vacio en la intersección para una determinada frecuencia de salida. Cuando el pulso es más importante mayor la ganancia, dado que así como succionan los gases de escape generan succión en la carga fresca de la admisión llenando mejor al cilindro y asegurandose que no queden residuos de la combustión. Es por eso que todos vemos en autos de carrera la mezcla que se enciende en el escape. Porque los autos de carrera ASPIRADOS tienen un importantísimo cruce de válvulas y escapes sintonizados para sacar el máximo provecho de esto.

    En el caso de los 4-2-1 se puede aplicar el mismo razonamiento pero en este caso tenemos la ventaja de separar los puntos de pulsos de succión en 3 lugares que son los encuentros entre los conductos. Sin entrar a hablar de leyes de termodinámica y eficiencias... digamos que en esta configuración adoptada por motores de alto rendimiento en competición a nivel internacional .. se pueden lograr mejores resultados que con un 4 a 1 pero obviamente con un desarrollo técnico necesariamenta mayor para hacerlo funcionar bien. Todos sabemos que entre los primeros conducto dos conductos y los segundos dos se generan señales de succión ahora por el paso de los gases de escape... todos ahora entendemos que según el largo de cada conducto manejo a que frecuencia (régimen) esos pulsos de succión se vuelven más fuertes. Entonces primer ventaja del 4-2-1.... tengo dos largos de conductos que rigen a que frecuencias se generan pulsos de succión. De esta manera puedo optar en hacer los dos tramos del mismo largo logrando un pulso de succión muy fuerte a una RPM determinada y comportandose el escape como si fuera un 4 a 1 pero de mejor rendimiento. O puedo optar por dos medidas diferentes logrando un pulso de presión a una RPM y otro pulso de presión a otra RPM pero de menor intensidad ambos, con esto se logra una curva de par más plana como para un uso en ciudad. Si dentro de un 4-2-1 quiero sintonizar en dos RPMs en particular... si tengo intensión de tener la mayor potencia por el escape a 5000rpm sintonizare el primer conducto a esas RPM y el segundo conducto a 3000RPM por dar un ejemplo... para ayudar a tener más par abajo pero priorizando la potencia arriba. Esta claro que el pulso de presión generado en el primer encuentro es más fuerte que en el segundo, dado que los gases llevan más velocidad al salir del cilindro que cuando salen del múltiple.

    PEROOOOO... todo esto tiene sentido si mi motor tiene un cruce de válvulas apreciable.. si tengo un motor turbo TODO cambia porque casí no tengo cruce por ende lo que gano haciendo un escape sintonizado es poco en comparación con otros factores de un motor turbo.

    Diferencias entre un motor turbo y un aspirado referido al múltiple de escape:

    .- La presión de los gases de escape entre el turbo y el cilindro son mayores que la atmosférica dado que al salir se chocan con una restricción.. la turbina. Por eso los motores turbo tienen un cruce de válvulas imperceptible. Esto hace que la mayoria de los diseños "sintonizados" en un turbo no sean necesarios por el simple hecho que la válvula de escape necesariamente debe estar cerrada cuando abre la admisión para evitar la contaminación de la cámara de combustión o en casos extremos la salida de gases calientes por la admisión. Algunos modelos turbos VVT como la última serie de motores 1.8T 20v de Audi aumentaban el cruce de válvulas en poca medida para que a determinado régimen entrara gases de escape a la cámara y así bajar el nivel de emisiones del motor cuando uno no iba a fondo.
    .- El turbo depende de la energía que le entra la turbina para mover el compresor y si los gases de escape tienen menos energía, menos posibilidad de comprimir aire tiene el compresor. Si uno tiene un múltiple de escape con mucho volumen interior y masa (material) parte de esa energía en los gases de escape se pierde en calentar el múltiple y en llegar hasta la turbina. Por ende si uno tiene un múltiple grande que no saca provecho del cruce de válvulas porque no existe y consume energía de los gases por calentar el múltiple y trasladarse dentro de él.... se pierde más potencia que si tuvieramos un múltiple pequeño.. lo más pequeño posible.. si necesidad de estar sintonizado porque el cruce de válvulas es inexistente o tan leve que la mejora de la sintonia no supera la pérdida en energía de los gases.
    .- Es bueno más allá de todo esto tratar de tener la misma longitud o lo más similar de todos los conductos de escape hasta la entrada de la turbina pero esta vez pensando en tener el menor largo posible para dar con el menor volumen posible y olvidandonos de la sintonia que ya hemos visto no hace falta si nuestras levas tienen poco cruce.
    .- Múltiples para twinscroll / bipulsativos... acá se trata de ordenar el orden de llegada de los "subtes" para que en lugar de llegar todos juntos... o superpuestos entre algunos de ellos.. lleguen todos separados por un mismo intervalo de tiempo y así entregar trabajo para comprimir aire de manera constante... logrando un valor promedio de trabajo mayor y la posibilidad de generar presión útil en la admisión antes. Obviamente todos los conductos lo más cortos posibles pero de misma longitud para mantener los intervalos de tiempo de llegada de los gases a la turbina que se dan por el orden de encendido del motor.


    Bueno.. dicho todo esto van a ver sistemas de turbo que siguen con la lógica que mencione.....

    BMW 335i (y no me digan que no saben diseñar escapes.. o no entiende BMW como hacer turbos para un deportivo.. bla.. o que lo hacen así para ahorrar plata.. es lo que va y punto.. ese escape tiene ingenieria pura. )


    By ibiza20v at 2008-06-30


    Flacos que llevan todo a los extremos tb....

    [img width=700 height=525]http://img520.imageshack.us/img520/8276/dsc00479et1.jpg[/img]
    By ibiza20v, shot with K750i at 2008-06-30


    Y.. uh.. que es esto???? Todo al revés de lo que se dijo???
    [img width=700 height=525]http://img520.imageshack.us/img520/6827/porscheindyenginevg6.jpg[/img]
    By ibiza20v at 2008-06-30

    No.. el tema en estos motores.. en los motores de LeMans.. etc.. es que buscan altos rendimientos volumétricos (máxima capacidad de llenado del cilindro) del motor a altas vueltas para aumentar la potencia en un rango de uso del motor elevado que necesita de levas de grandes permanencias aun para turbos.. además usan altas presiones lo cual significa mayores presiones en el escape por ende se genera un cruce de válvulas mayor o jode más (por las altas presiones) que un motor turbo como los nuestros y se sintoniza el escape ya para reducir el efecto nocivo de ese cruce de válvulas en el rango de uso del motor. Por eso para pensar en un escape sintonizado para un turbo primero miremos las levas.. y se justifica usar levas de este tipo si lo que buscamos es girar a régimenes muy elevados como estos autos de Fórmula o GT.


    Hay otros puntos como la generación de puntos de calor en los múltiples de escape según su diseño que se soluciónan técnicamente...

    A ver si aportan o hacen correcciones como para generar un lindo post..

    Un abrazo a todos!!!!


    EDIT:

    Lo pense y me olvide poner las siguientes aclaraciones:

    .- Las presiones en un motor turbo del lado del escape pueden ser mayores que las que se dan del lado de la admisión, generandose el ingreso de gases de escape si el cruce de válvulas es importante a la cámara u el caso extremo de gases de escape calientes llegando al múltiple de admisión (esto es MUY extremo.. digamos que lo pongo para que se entienda el concepto).
    .- En motores aspirados a mayor cruce de válvulas más dedicación hay que ponerle al escape porque se puede ganar más en comparación que una leva de calle con menor cruce. Y generalmente en motores de calle aspirados la principal ganancia no se da por la sintonia del escape sino por la menor restricción del escape deportivo (pérdida de carga). El otro día un amigo me comentaba que los Fiat Palio 16v no tienen casi cruce de válvulas.. por ende.. no debe ganar mucho con un múltiple sintonizado en comparación a otros motores... si gana por un sistema menos restrictivo.

  • #2
    Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

    yo lo unico q puedo aportar es un GRACIAS

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    • #3
      Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

      Hago mi humilde granito de arena a los que mencionaste en el post.
      [img width=700 height=525]http://img241.imageshack.us/img241/9461/76ne4.jpg[/img]
      [img width=700 height=525]http://img209.imageshack.us/img209/2529/dsc00004qw3.jpg[/img]
      [img width=700 height=525]http://img241.imageshack.us/img241/9691/lucio038cn7.jpg[/img]



      Espero que les guste..las fotos corresponden todas al mismo auto, eso anda por la calle

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      • #4
        Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

        Dieguito, nose que queres debatir, hay algo que debo reconocer, y es la rapidez con que aprendiste a explicarlo

        Como te dije, el ejemplo del subte es impresionante y mas que claro el funcionamiento.


        Ahora vienen mi pregunta boluda, los maeriales del multiple, hay realmente un cambio notable en las disipaciones?

        Pregunta boluda, mas alla del peso, jamas vi un escape con aletas, sera por peso?

        Comment


        • #5
          Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

          Originally posted by Astra
          Hago mi humilde granito de arena a los que mencionaste en el post.
          Espero que les guste..las fotos corresponden todas al mismo auto, eso anda por la calle
          Deja de tocarte.. que bien le queda las calzas blancas con azul
          Prometo no desviertuar mas sorry diego

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          • #6
            Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

            Volvieron los megaposts de ibiza

            antes que nada gracias por ponerle ganas y armar esta clase de posts

            bue, sobre esto hago mi humildisimo aporte

            Originally posted by Ibiza20v

            Sintonia de las ondas de presión con respecto al tren de distribución

            Este como es el caso sobre el cual hay muy poca información fidedigna y mucho chamuyo al respecto, es donde se ve mucha fantasia con sistemas de escape como platos de fideos para motores que lejos de necesitarlos empeoran.

            Al respcto de la sintonia y todo eso (y esto ya lo conte en algun otro post) un dia en una charla que dio leo monti en la facultad le pregunte como calculaban los escapes de los honda de tc2000 y el tipo me dijo que sinceramente la sintonia dependia de tantas cosas que al fin y al cabo lo que ellos hacian era ir a probar un dia entero con una caja de codos y ponerse a soldar y desoldar hasta encontrar el que "mas le gustaba" al auto.

            Comment


            • #7
              Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

              Originally posted by Se-R
              Dieguito, nose que queres debatir, hay algo que debo reconocer, y es la rapidez con que aprendiste a explicarlo

              Como te dije, el ejemplo del subte es impresionante y mas que claro el funcionamiento.


              Ahora vienen mi pregunta boluda, los maeriales del multiple, hay realmente un cambio notable en las disipaciones?

              Pregunta boluda, mas alla del peso, jamas vi un escape con aletas, sera por peso?
              te contesto yo lean:
              ya que el acero inxidable tiene un punto de fusion mas alto, mantiene la dureza en mayor medida que uno de caño normal, entonces puede fabricarse con caños de menor espesor y mantener la resistencia mecanica usando menos material, por ende perdes menor energia termica!

              me explique o soy un queso?

              Pekka.

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              • #8
                Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                Originally posted by UnoCtes

                Al respcto de la sintonia y todo eso (y esto ya lo conte en algun otro post) un dia en una charla que dio leo monti en la facultad le pregunte como calculaban los escapes de los honda de tc2000 y el tipo me dijo que sinceramente la sintonia dependia de tantas cosas que al fin y al cabo lo que ellos hacian era ir a probar un dia entero con una caja de codos y ponerse a soldar y desoldar hasta encontrar el que "mas le gustaba" al auto.
                yo habia escuchado algo de eso...
                al fin y al cabo la practica siempre esta sobre la teoria!

                Comment


                • #9
                  Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                  una preguntita, cuando hablamos de escapes de 4 2 1, yo he visto algunos que unian los cilindros de esta manera 1-4 2-3 y otros que estaban echos 1-2 3-4. A mi entender, hablando desde una perspectiva armonica lo correcto seria lo primero, ya que el 1º tren sale de la estacion 1, el 2º de la 4, entonces pasarina por el mismo lugar con muy poca diferencia de tiempo.

                  Comment


                  • #10
                    Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                    Originally posted by Se-R

                    Pregunta boluda, mas alla del peso, jamas vi un escape con aletas, sera por peso?
                    pregunto yo sobre tu pregunta... vos te referis a aletas para disipar ? como un disipador de un micro por decir cualq cosa?

                    Comment


                    • #11
                      Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                      Gracias por sacarme la duda que tenia respecto de la union de los caños y el orden de encendido... hacia rato que tenia la duda de que el pantalon ese era o no una pieza realmente importante en el diseño.

                      Comment


                      • #12
                        Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                        Originally posted by Pekka MotorSport
                        te contesto yo lean:
                        ya que el acero inxidable tiene un punto de fusion mas alto, mantiene la dureza en mayor medida que uno de caño normal, entonces puede fabricarse con caños de menor espesor y mantener la resistencia mecanica usando menos material, por ende perdes menor energia termica!

                        me explique o soy un queso?

                        Pekka.
                        Si, pero sos un queso.

                        Todo va en cuestion del espesor?, y porque no usar otros materiales, convengamos que el 340/304 no es el mejor de los metales o el de mayor punto de fusion

                        Comment


                        • #13
                          Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                          Originally posted by UnoCtes
                          pregunto yo sobre tu pregunta... vos te referis a aletas para disipar ? como un disipador de un micro por decir cualq cosa?
                          Sip, algo asi como un cilindro refrigerado por aire

                          Comment


                          • #14
                            Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                            Originally posted by Se-R
                            Sip, algo asi como un cilindro refrigerado por aire
                            Por lo que yo entendi mientras mas calor pierdas... peor. No?

                            Comment


                            • #15
                              Re: CONCEPTOS / DEBATES SOBRE SISTEMAS DE ESCAPES EN MOTORES TURBOS Y ASPIRADOS

                              Unoctes:

                              Hay maneras muy complejas de llegar por teoria a un escape que se aproxima en un 90% al ideal, pero la teoria no puede considerar un monton de otros factores que influyen y por eso siempre el resultado final se ajusta en la práctica. Ahora si no sabes que es lo que buscas o que logras con que cosas.. podes estar probando 10 años para lograr lo que tardabas 5horas conociendo por donde ir.

                              Por lo que nunca la práctica esta por encima de la teoria ni vice versa.. sino la realidad es lo que cuenta. Hay gente que por hacer algo ganan x potencia y dicen.. la práctica dice tal cosa.. pero si supieran de lo que hablan intentarian otra cosa que en la práctica daria más potencia que su solución anterior. Así que la práctica es muy relativa en función de la teoría de la que dispongas... ayuda a acortar mucho camino.

                              Se-R:

                              La intencion de reducir la masa del escape es evitar la pérdida de energía del gas. Si aumentas la superficie de disipación.... estas logrando el efecto contrario. Por eso nunca vas a ver algo así en un auto desarrollado seriamente.

                              Pablo_Fierrero:

                              Vos ves configuraciones distintas porque el orden de encendido es distinto en cada motor. Mira el hecho de como estan vinculados los cilindros en el motor y como es el orden de encendido y te vas a dar cuenta lo que comentaba con el ejemplo de los "subtes".


                              Les mando un abrazo!

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