1.1 Definición
La contrapresión del escape del motor se define como la presión del gas de escape producida por el motor para superar la resistencia hidráulica del sistema de escape con el fin de descargar los gases a la atmósfera. Para esta discusión, la contrapresión de escape es la presión manométrica en el sistema de escape en la salida de la turbina de escape en motores turboalimentados o la presión en la salida del colector de escape en motores de aspiración natural. El término contrapresión también se puede escribir como una palabra (contrapresión) o usando un guión (contrapresión).
Cabe señalar que el término “contrapresión” es contraintuitivo y puede interferir con una comprensión adecuada de la mecánica del flujo de gases de escape. La palabra retroceso parece sugerir una presión que se ejerce sobre un fluido contra su dirección de flujo; de hecho, las definiciones de contrapresión de ese tipo son comunes en las fuentes de estándares científicos relajados. Hay dos razones para objetar. Primero, la presión es una cantidad escalar, no una cantidad vectorial, y no tiene dirección. En segundo lugar, el flujo de gas es impulsado por un gradiente de presión con la única dirección posible de flujo que es desde una presión más alta a una más baja. El gas no puede fluir contra la presión creciente: es el motor diesel que bombea el gas al comprimirlo a una presión suficientemente alta para superar las obstrucciones de flujo en el sistema de escape.
Teniendo en cuenta qué tan ampliamente se establece entre los diseñadores de motores, utilizaremos el término contrapresión como se definió anteriormente, para denotar la presión de escape en la salida del turbo (o múltiple de escape), que es numéricamente igual a la caída de presión del gas de escape en todo el escape sistema. Sin embargo, creemos que el uso de este término no debe extenderse para denotar la caída de presión de los gases de escape sobre componentes particulares del sistema de escape, como lo usan ocasionalmente algunos autores. Por ejemplo, evitamos usar el término “contrapresión del silenciador” a favor de “caída de presión del silenciador” (o “pérdida de presión”), de acuerdo con la terminología utilizada en la dinámica de fluidos.
Las unidades métricas comunes de contrapresión de escape incluyen kilopascal (kPa), que usamos en este documento, y milibares (mbar), siendo este último igual al hectopascal (hPa). Las unidades habituales comunes incluyen una pulgada de columna de agua (en H20) y una pulgada de columna de mercurio (en Hg). La siguiente relación existe entre estas unidades:
(1) 1 kPa = 10 hPa = 10 mbar = 4.0147 en H20 = 0.2953 en Hg
1.2 Efectos de contrapresión
Si bien los diseñadores de sistemas de escape siempre han tenido en cuenta la contrapresión, el aumento del interés en la presión de escape ha sido causado por la instalación de motores diesel con filtros de partículas diésel (DPF) y la introducción de complejos sistemas de postratamiento en general. La instalación de DPF a menudo plantea preocupaciones sobre el aumento de la contrapresión de escape. En circunstancias normales, los niveles de caída de presión causados por un silenciador de escape y por un DPF diseñado adecuadamente pueden ser realmente similares. La Figura 1 muestra el efecto de reemplazar el silenciador OEM con un DPF en un motor diesel de servicio pesado en dos modos diferentes del ciclo ISO 8178. El cambio en la contrapresión es inferior a 1 kPa con un filtro limpio.
Sin embargo, la mayor parte de la caída de presión del gas de escape sobre un DPF tiende a ser causada por el hollín acumulado, en lugar del sustrato del filtro. Surgen problemas si la regeneración del DPF no se produce de manera regular, lo que hace que su caída de presión aumente a niveles inaceptables.
El aumento de la presión de escape puede tener una serie de efectos en el motor diesel, de la siguiente manera:
• Mayor trabajo de bombeo
• Presión de refuerzo del múltiple de admisión reducida
• Eliminación de cilindros y efectos de combustión.
• Problemas con el turbocompresor
A mayores niveles de contrapresión, el motor tiene que comprimir los gases de escape a una presión más alta, lo que implica trabajo mecánico adicional y / o menos energía extraída por la turbina de escape, lo que puede afectar la presión de refuerzo del múltiple de admisión. Esto puede conducir a un aumento en el consumo de combustible, las emisiones de PM y CO y la temperatura de escape. El aumento de la temperatura de escape puede provocar el sobrecalentamiento de las válvulas de escape y la turbina. También es posible un aumento en las emisiones de NOx debido al aumento de la carga del motor.
Son posibles otros efectos sobre la combustión del diesel, pero dependen del tipo de motor. El aumento de la contrapresión puede afectar el rendimiento del turbocompresor, provocando cambios en la relación aire-combustible, generalmente enriquecimiento, que puede ser una fuente de emisiones y problemas de rendimiento del motor. La magnitud del efecto depende del tipo de los sistemas de carga de aire. El aumento de la presión de escape también puede evitar que algunos gases de escape salgan del cilindro (especialmente en motores de aspiración natural), creando una recirculación interna de gases de escape (EGR) responsable de cierta reducción de NOx. Las reducciones leves de NOx informadas con algunos sistemas DPF, generalmente limitadas al 2-3% por ciento, posiblemente se explican por este efecto.
Los turbocompresores suelen utilizar aceite lubricante para motores como medio de lubricación y enfriamiento. Las presiones de escape excesivas pueden aumentar la probabilidad de falla de los sellos del turbocompresor, lo que resulta en una fuga de aceite en el sistema de escape. En sistemas con DPF catalíticos u otros catalizadores, dicha fuga de aceite también puede provocar la desactivación del catalizador por fósforo y / u otros venenos de catalizador presentes en el aceite.
1.3 Límites de contrapresión
Todos los motores tienen una contrapresión máxima permitida por el fabricante del motor. Operar el motor a una contrapresión excesiva podría invalidar la garantía del motor. Para facilitar el reacondicionamiento de motores existentes con DPF, especialmente utilizando sistemas de filtro pasivo, los fabricantes de control de emisiones y los usuarios de motores han solicitado que los fabricantes de motores aumenten los límites máximos permitidos de contrapresión en sus motores.
Los silenciadores generalmente producen presiones de retroceso máximas en el rango de 6 kPa. En los sistemas de escape con DPF, la contrapresión puede aumentar a niveles significativamente más altos, especialmente si el filtro está muy cargado de hollín. El programa VERT de Suiza determinó los límites máximos de contrapresión para permitir que los DPF se instalen en una amplia variedad de equipos [Mayer 2004]. La Tabla 1 describe los límites de contrapresión recomendados por VERT para una gama de tamaños de motores. La presión de escape para motores grandes se limitó a valores bajos debido a la superposición de la válvula y las consideraciones de alta presión de refuerzo.
tabla 1
VERT Contrapresión de escape máxima recomendada
Tamaño de la maquina
Límite de contrapresión
Menos de 50 kW 40 kPa
50-500 kW 20 kPa
500 kW y más de 10 kPa
Los fabricantes de motores suelen ser mucho más conservadores en sus límites de contrapresión. Por ejemplo, los motores de grupos electrógenos diesel de Caterpillar, Cummins, John Deere y DDC / MTU que varían en tamaño de 15 a más de 1000 kW tienen límites de contrapresión que varían de 6,7 a 10,2 kPa.
Al establecer los límites de contrapresión, deben tenerse en cuenta muchos factores. Estos incluyen el efecto sobre el rendimiento del turbocompresor, las emisiones de escape, el consumo de combustible y la temperatura de escape. El límite que un motor en particular puede tolerar dependerá de factores de diseño específicos y es difícil hacer recomendaciones generales.
fuente: https://www.dieselnet.com/tech/d …