Asistencia Walker

Escape 101

Control de los productos de la combustión

El RUIDO

El aumento del nivel de ruido presente en las áreas urbanas, suburbanas y rurales es una grave preocupación para los ecologistas y el público en general. Como resultado de ello, los legisladores locales, estatales y federales han promulgado leyes para reducir el nivel de contaminación por ruido producida por los vehículos de motor. Este tipo de reglamentación ha puesto un énfasis adicional en la investigación del sonido y el estudio de la acústica.

La Acústica es una rama de la física que trata del sonido y las ondas sonoras. En la industria de los sistemas de escape de automóviles, la preocupación se centra en un tipo particular de sonido cuando sale del motor y atraviesa el sistema de escape: el sonido ofensivo llamado ruido del escape. El ruido se define normalmente como sonido que es desagradable u ofensivo para la persona que lo oye. Por ejemplo, la música rock puede ser música para algunas personas, mientras que para otras es ruido. En lo que se refiere a los automóviles, es posible que algunas personas disfruten del sonido de los colectores de escape abiertos, mientras que otras (la mayoría de la gente) opinen que cuanto más silencioso sea el vehículo, mejor.

La determinación de si un ruido es ofensivo o inofensivo se basa en nuestra percepción subjetiva individual del sonido que se está oyendo; por lo tanto, sonido subjetivo es una expresión que se aplica a uno de los criterios de diseño de los sistemas de escape. Además de la intensidad del sonido, muchas otras características desempeñan un papel en la calidad del sonido subjetivo.

La legislación sobre ruidos pone límites estrictos a la cantidad o intensidad del ruido al que la gente puede estar expuesta. Para estos propósitos, la determinación de la intensidad del ruido se realiza con un medidor, y el resultado se conoce como valor de ruido objetivo. Es importante señalar que los silenciadores diseñados para lograr niveles aceptables de ruido objetivo no tendrán necesariamente una calidad de "sonido subjetivo" aceptable y viceversa. Tanto las características objetivas como las subjetivas deben estar diseñadas independientemente en el silenciador.

LA FÍSICA DEL SONIDO

El sonido se genera cuando las moléculas de aire son perturbadas en ondas de un tamaño dado. Las moléculas no viajan con el sonido, simplemente chocan unas con otras y rebotan de nuevo hacia atrás, haciendo que las ondas rítmicas de presión se propaguen desde la fuente del sonido. El movimiento del sonido se puede medir de varias maneras:

  • Amplitud - Una medida de la profundidad y la altura de las ondas de presión. Cuanto más intenso es el sonido, mayor es la amplitud. exh101_amplitude.gif
  • Longitud de onda - La distancia entre el comienzo y el final de las ondas de presión sonora individuales. exh101_wavelength.gif
  • Frecuencia - El número de ondas de presión sonora que pasa un punto dado cada segundo. La frecuencia se expresa en ciclos/segundo o Hertz (Hz).
  • exh101_decibelReader.gif Nivel de ruido - El nivel de presión sonora se mide en unidades logarítmicas llamadas decibeles, o "dB". Hay varias escalas distintas de decibeles que miden los niveles de presión sonora de maneras diferentes. De éstas, la escala "A" es la que más se aproxima a medir los sonidos de la manera en que la gente los oye. De aquí que se use el término dB(A).

    exh101_decibelScale.gifPara los oídos de la gente, la sonoridad se dobla aproximadamente cada 6 a 10 dB(A); por ejemplo, un sonido de 70 dB(A) parece dos veces más intenso que uno de 60 y la mitad de intenso que uno de 80. La conversación normal tiene aproximadamente 65 dB(A), el tráfico intenso tiene aproximadamente 85 dB(A) y un trueno cercano puede alcanzar los 105 dB(A).

    Como el dB(A) es una medida logarítmica, cuando dos fuentes de sonido iguales se combinan, la sonoridad NO se dobla, sino que aumenta en 3 dB(A).

    Por ejemplo: dos voces que den un registro de 65 dB(A) cada una producirán 68 dB(A) cuando se combinen. exh101_decibelx2.gif

El efecto de la distancia

Otro factor importante en la medición del sonido es la distancia entre el origen y el instrumento de medición. Un sonido que mida 80 dB(A) a 25 pies mediría solamente 74 dB(A) a 50 pies. No examinaremos las ecuaciones matemáticas para explicar el efecto de la distancia en el ruido. Basta decir que el nivel de sonido de un ruido disminuye a medida que la distancia aumenta.

La resonancia

exh101_resonance.gifOtro término que es importante entender es la resonancia. La resonancia desempeña un papel importante en el control del ruido. Cada superficie de cada objeto tiene una frecuencia fundamental a la cual comienza a vibrar o irradiar sonido. Los instrumentos musicales hacen esto, y también lo hacen los silenciadores. Cuando las ondas sonoras a esta frecuencia fundamental chocan con la superficie, son amplificadas, es decir, aumentadas. Esto se llama resonancia. Con la resonancia, los sonidos pequeños se pueden amplificar y volverse muy intensos.

Contención del sonido

Hay tres enfoques básicos para controlar los ruidos:

  1. Confinamiento
  2. Dispositivos absorbentes
  3. Dispositivos reactivos
  • exh101_containment.gifEl confinamiento reduce la transmisión de las ondas sonoras confinándolas. Casi cualquier material puede ayudar a confinar el sonido; cuanto más denso sea, mejor funcionará. Muchos silenciadores económicos silencian el ruido del escape confinando el flujo de los gases de escape. Generalmente, esto no es deseable. Cuando los gases de escape se confinan, la contrapresión aumenta y la potencia, el rendimiento y la economía de combustible del vehículo sufren.
  • exh101_absorptiveDevices.gifLos Dispositivos Absorbentes convierten la energía sonora en energía calorífica. Las ondas sonoras chocan con material que se flexiona y vibra fácilmente. El material absorbe el sonido en lugar de pasarlo como resonancia, o rebotarlo de vuelta hacia el origen. El sonido es reducido por una pérdida de energía al mover el material absorbente. Este dispositivo es más efectivo en las frecuencias altas. Los silenciadores tipo "glasspack", o llenos de fibra de vidrio, son un ejemplo de reducción del sonido mediante el control de la absorción.

LA QUÍMICA DE LOS GASES DE ESCAPE

Los motores de gasolina están alimentados por dos compuestos químicos, gasolina y aire. Básicamente, la gasolina está formada por dos elementos, hidrógeno (H2) ) y carbono (C). En forma de gasolina, estos dos elementos químicos se combinan para formar lo que llamamos un hidrocarburo (HC). El aire está compuesto básicamente por dos elementos, oxígeno (02) y nitrógeno (N2).

exh101_h20co2n2.gifSi los motores de gasolina quemaran el combustible lo más eficientemente posible, producirían tres subproductos: vapor de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno (N2).

En la mayoría de los casos, ninguno de estos compuestos químicos es nocivo; sin embargo, los ecologistas sostienen que las cantidades excesivas de dióxido de carbono promueven la formación del efecto de gases invernadero. No obstante, el H2O, el CO2 el N2 son los subproductos más deseables de la combustión, y los ingenieros automotrices se esfuerzan por crear sistemas de control de emisiones que permitan a un vehículo producir solamente estos tres grupos químicos.

Desafortunadamente, los motores no funcionan perfectamente, y como resultado de ello también producen tres subproductos que se conocen comúnmente como el "trío terrible" de contaminantes automotrices. Este trío incluye lo siguiente:

Los automóviles y el monóxido de carbono

El monóxido de carbono (CO) consiste en un átomo de carbono y un átomo de oxígeno enlazados entre sí.

El monóxido de carbono se produce como resultado de la combustión incompleta del combustible y se emite directamente por el tubo de escape. La combustión incompleta tiene mayores probabilidades de ocurrir en el caso de relaciones de aire-combustible bajas en el motor. Estas situaciones son más comunes durante los arranques de motores fríos:

Además, la formación de monóxido de carbono es común a altitudes mayores, donde el aire "tenue" reduce efectivamente la cantidad de oxígeno disponible para la combustión (excepto en los vehículos con motores que estén diseñados o ajustados para compensar la altitud).

Dos tercios de las emisiones de monóxido de carbono que se producen en los Estados Unidos provienen de los medios de transporte y la mayor contribución proviene de los vehículos de motor que circulan por las autopistas. En las áreas urbanas, la contribución de los vehículos de motor es a menudo mayor. En Los Ángeles, una ciudad con grave contaminación por monóxido de carbono, los vehículos de motor son causantes del 87 por ciento de las emisiones de monóxido de carbono.

El monóxido de carbono entra en la sangre a través de los pulmones y forma carboxihemoglobina, un compuesto que inhibe la capacidad de la sangre para transportar oxígeno a los órganos y los tejidos. Las personas que tienen enfermedades cardíacas son especialmente sensibles al envenenamiento por monóxido de carbono y pueden tener dolor en el pecho si respiran el gas mientras hacen ejercicio. Los bebés, los fetos, los ancianos y las personas que tengan enfermedades respiratorias también son particularmente sensibles. El monóxido de carbono puede afectar a las personas sanas, dificultando su capacidad para hacer ejercicio, su percepción vidual, su destreza manual, sus funciones de aprendizaje y la capacidad para realizar tareas complejas. Tal y como se indicó anteriormente, las emisiones de monóxido de carbono de los automóviles aumentan drásticamente en tiempo frío. Esto se debe a que los automóviles necesitan más combustible para arrancar a temperaturas bajas y a que algunos dispositivos de control de emisiones (tales como los sensores de oxígeno y los convertidores catalíticos) funcionan menos eficientemente cuando están fríos. Debido a la preocupación causada por el monóxido de carbono y otros contaminantes, los fabricantes de automóviles han tomado medidas significativas para mejorar el rendimiento de los vehículos en todos los entornos de funcionamiento.

Los automóviles y los hidrocarburos

El ozono es una forma de oxígeno molecular que consiste en tres átomos de oxígeno enlazados entre sí. El ozono de la atmósfera superior (la "capa de ozono") existe de manera natural y protege la vida en la tierra al actuar como un filtro que detiene la radiación ultravioleta procedente del sol. Pero el ozono a nivel del suelo es un contaminante nocivo. Es el principal componente del smog y representa el problema de calidad del aire urbano más grave de los Estados Unidos.

El ozono no es emitido directamente, sino que se forma en la atmósfera a través de una compleja serie de reacciones químicas que involucran hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y luz solar. La velocidad a la que las reacciones se producen está relacionada tanto con la temperatura como con la intensidad de la luz solar. Debido a esto, los niveles de ozono aumentan más frecuentemente en las sofocantes tardes veraniegas.

En materia de emisiones, los automóviles son cada vez más limpios, pero la gente está conduciendo más, contrarrestando el progreso en el control de la contaminación por ozono.

El ozono es un irritante severo. Es responsable de la asfixia, la tos y el escozor en los ojos asociados con el smog. El ozono daña los tejidos pulmonares, agrava las enfermedades respiratorias y hace que la gente sea más susceptible a las infecciones de las vías respiratorias. Los niños son especialmente vulnerables a los efectos perjudiciales del ozono. Los niveles elevados de ozono también inhiben el crecimiento de las plantas y pueden causar extensos daños en las cosechas y los bosques.

exh101_oxidesNitrogen.gifLos automóviles y los óxidos de nitrógeno
El óxido nítrico (NO) es el principal óxido de nitrógeno que se produce en el proceso de combustión: se oxida fácilmente en la atmósfera a dióxido de nitrógeno (NO2).Colectivamente, el NO y el NO2 se conocen como NOX u óxidos de nitrógeno. Los NOX pueden irritar los pulmones y reducir la resistencia a las infecciones de las vías respiratorias. Los óxidos de nitrógeno son un precursor importante tanto del ozono como de la lluvia ácida.

Más de la mitad de las emisiones nacionales de NOX que se producen en los Estados Unidos provienen de los medios de transporte y la mayor contribución proviene de los vehículos de gas de servicio ligero (LDGV). Al igual que en el caso del monóxido de carbono, la proximidad a las áreas urbanas aumenta la contribución de los vehículos de motor.

Combustibles limpios posibles

Los cambios en el combustible han producido un funcionamiento más limpio de los motores. Algunas ciudades con niveles no saludables de monóxido de carbono requieren el uso de combustibles "oxigenados" para reducir las emisiones de monóxido de carbono. Los combustibles oxigenados son gasolinas mezcladas con aditivos que contienen oxígeno, tales como alcoholes o sus derivados. El "gasohol", por ejemplo, es una mezcla oxigenada que contiene un 10 por ciento de etanol. El oxígeno extra contenido en el combustible reduce las emisiones de monóxido de carbono al aumentar efectivamente la relación de aire-combustible.

El resultado es que la calidad del aire ha mejorado significativamente en los últimos años, incluso aunque el número de millas recorridas por vehículo también ha aumentado. En las mediciones recientes, el número de días con mala calidad del aire ha disminuido en las áreas urbanas de los Estados Unidos.

Algunos combustibles son inherentemente más limpios que la gasolina, porque emiten menos hidrocarburos no quemados y porque es menos probable que los hidrocarburos que emiten reaccionen en la atmósfera para formar ozono. Estos combustibles incluyen: