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Conceptos preliminares:
Vamos a soltar unas cuantas generalidades sabidas por todos: cuando se abre la válvula de escape a la mitad del ciclo de escape, un chorro de gas a una enorme temperatura y velocidad (aún posee muchísima energía, que podemos emplear en mover un turbocompresor, por ejemplo) sale a través de los conductos de la culata hacia los colectores de escape, buscando el exterior. En principio, lo que tenemos que hacer es evacuar rápida y eficazmente esos productos de desecho para dejar paso en la cámara de combustión a nueva carga fresca.
Esa será la obligación principal del sistema de escape.

Formación de las ondas:
Y ahora, que se que os gusta, un poco de teoría!!! Cuando la válvula de escape comienza a abrirse, pone en contacto dos recintos con una enorme diferencia de presión, una cámara de combustión repleta de gas que aún continúa su proceso de expansión, y un colector a una presión próxima a la ambiental. Esta brusca diferencia crea una onda de presión, que se desplaza por el sistema de escape a una velocidad superior a la de los propios gases (esto os lo creéis, porque demostrarlo es un coñazo supremo), poniendo a los gases en movimiento a su paso.
La magnitud de estas ondas de presión depende de lo brusca que sea la maniobra de apertura de la válvula que comunica ambos recintos. Así pues, a altas revoluciones, y con un perfil de leva de escape muy agresivo (rápida alzada de válvula), la onda de presión creada será mucho mayor, y mayor importancia cobrará el aprovechar sus efectos en nuestro favor.

Propagación de las ondas:
Una onda viaja a través del tubo de escape hasta llegar a alguna singularidad que la modifique:

-un final abierto. como puede ser el caso de la salida del silencioso. En este caso la onda de presión se ve reflejada convirtiéndose en una onda de rarefacción (depresión) que viajará en sentido opuesto de nuevo hacia el motor
-un final cerrado. La onda de presión se refleja como otra onda de presión de las mismas características. Por decirlo de otra forma, rebota contra la pared, como lo harían las ondas en un estanque. Sería el caso de los resonadores (cámaras cerradas conectadas al colector de escape mediante una válvula regida electrónicamente) en los motores 2T.
-un final parcialmente abierto. es decir, un ensanchamiento o conducto divergente. En él, parte de la onda sigue su camino, y parte es devuelta como una onda de rarefacción. Si el ensanchamiento es brusco, la reflexión parcial también lo es; si es progresivo, la onda de rarefacción se va formando a lo largo del tiempo y permite aprovecharla durante un mayor espacio de tiempo (pero llega de forma más suave).
-un final parcialmente cerrado. Lo mismo, pero la onda parcialmente reflejada sería de presión. De igual forma puede haber un estrechamiento brusco o un conducto convergente que cree una onda reflejada más progresiva.
-una bifurcación. como la que tienen algunos motos con escapes 4-2-1-2 (una XX, por ejemplo). Al llegar una onda de presión a la bifurcación, ésta se divide entre los dos ramales. Si la sección aparente de los dos tubos es superior a la del tubo origina, se formará una onda de rarefacción que retrocederá por el tubo inicial (ya que se trata de un extremo parcialmente abierto)
-una unión.por ejemplo, cuando se llegan a unir los colectores que provienen de cada cilindro en un 4-2-1. Se comporta como si de una bifurcación se tratase, porque de hecho, lo es. Parte de la onda seguirá el camino “lógico” hacia la salida del escape, y la otra se colará hacia el cilindro adyacente; y parte retrocederá convertida en una onda de depresión.

Maximizar la potencia:
En este apartado, trataremos del diseño del escape con el objetivo de maximizar el rendimiento volumétrico del motor a plena potencia.

Minimizar la pérdida de carga:
En circunstancias de máximo régimen, es evidente que hemos de desalojar lo más rápido posible los gases quemados de la cámara de combustión. Para ello hemos de construir un conducto del suficiente diámetro, ya que las pérdidas de carga por rozamiento aumentan con el cuadrado del diámetro (evidentemente, a mayor sección, mejor se evacuarán los gases).

También se ha de minimizar las singularidades tales como codos, ensanchamientos, estrechamientos y demás dificultades que se pongan al flujo de gases. Como podéis observar si apreciáis el recorrido de un colector de escape, se hace todo lo posible para que las curvas y los cambios de sección sean lo más suaves posible, para minimizar ese rozamiento del gas contra las paredes.

Aprovechar las ondas de presión:
He aquí el meollo de la cuestión y la parte más apasionante del diseño de un escape. En un 4T puedes optimizar el rendimiento para una u otra franja de potencia (aunque por lo comentado anteriormente, siempre será más efectivo hacerlo a altas revoluciones, donde las ondas de presión son mucho mayores, y donde mayor es el riesgo de que nos destrocen el rendimiento si hay una mala coincidencia de dichas ondas, como veremos a continuación). En un 2T un cambio de escape puede hacer que el motor se comporte de manera completamente diferente.

Motores 4T:
Vamos a ponernos en el caso más sencillo de un motor monocilíndrico. Como hemos dicho antes, la rápida apertura de la válvula de escape crea una onda de sobrepresión que viaja a través del colector hasta la salida del escape. Ahí, se ve reflejada como onda de depresión, retrocediendo camino del motor.
Si cuando llega esta onda de depresión, está la válvula de escape abierta,esto crea una depresión en pipa de escape que nos ayudará a vaciar de gases residuales la cámara de combustión, lo cual es esencial cuando el motor va a toda caña para poder introducir mayor cantidad de mezcla (si parte del volumen de la cámara, está ocupado por gases, será menos cantidad de mezcla la que entre??menor potencia). Por lo tanto, al mejorar el barrido de los gases de escape, esta nuestra querida onda de depresión hace que el rendimiento volumétrico aumente, la curva de potencia pegue un buen pico, y nuestro culo sea arrastrado con un agradabilísimo patadón al llegar a ese régimen. En este caso decimos que el escape está sintonizado para ese régimen determinado.
Digo régimen determinado porque la velocidad de las ondas es sensiblemente constante, pero el régimen del motor no. Así, si para un régimen la onda de depresión llega en el momento apropiado, a mayor régimen, llegará ya tarde, porque el motor habrá girado más y estará ya la válvula cerrada. Igualmente, para un régimen menor, se encontrará la válvula aún cerrada. La forma que tiene el diseñador de controlar cuando llegan es variando la longitud de los diferentes tramos de que se compone un escape. Al ser la velocidad aproximadamente constante, longitud es equivalente a tiempo, y el tiempo desde que sale la onda hasta que vuelve en el momento correcto sólo se dará a un cierto régimen (o a sus múltiplos).
Si cuando llegue esa onda de depresión la válvula de escape está cerrada, la onda se comportará como ante un extremo cerrado, y devolverá una onda de presión que de nuevo viajará hacia la salida del escape.
Ahora imaginamos lo peor: que llegue una onda de presión en el momento en que nuestra válvula está abierta. Los gases dejarán de salir, o por lo menos lo harán con mucha mayor dificultad. Eso significa que mientras estemos en este régimen, la moto se quedará clavada, como sin gasolina (lo cual es casi lo que pasa, ya que no la puta onda de sobrepresión no deja que entre la suficiente mezcla al motor). Esto se refleja en una inflexión en la curva de par que todos sabemos lo que jode hasta que sales de ella.
Bueno, pues este es el caso de un monocilíndrico. En un motor con más de un cilindro, las ondas de uno se bifurcan y interactúan en los demás cilindros. Según la distancia a la que vayamos uniendo los colectores de los distintos cilindros, y de qué forma lo hacemos, podremos optimizar de una u otra forma el funcionamiento a
diferentes regímenes.

En general, en el caso de un tetracilíndrico, es habitual la disposición 4-2-1, que crea dos ondas de menor amplitud, y por lo tanto nos permiten obtener un motor elástico ,más cuanto mseparados estén las primeras uniones (4-2) de la segunda (2-1),que si lo hiciésemos directamente en 4-1, más común en motos de competición, donde se crea una sola onda, más amplia,que actuará en un solo intervalo de revoluciones.

Se supone que si unimos los cilindros contiguos en el orden de explosión (1-4 , 2-3) nos beneficiaremos de mayor potencia en alta, que si unimos los cilindros contiguos físicamente (1-2 , 3-4). Sin embargo, la comunicación de varios colectores mediante el uso de compensadores, complican aún más la situación.

Me es obligado hacer un inciso para un aspecto que casi todo el mundo coincide: aunque estemos tratando aquí de las pulsiones en el escape, de forma análoga tienen lugar en los conductos de admisión, siendo diseñados éstos para que llegue una onda de presión antes del cierre de la válvula de admisión, pudiendo incrementar de esta forma el rendimiento volumétrico, pudiendo decir que la admisión está sintonizada. De igual forma al escape, la distribución de los órganos de admisión, en concreto el filtro y la caja del filtro de aire, hacen de silenciadores de los ruidos de admisión.

En resumen, si analizamos las variaciones de presión en cualquier punto de los colectores de admisión o escape, nos encontraremos con una ensalada de ondas que viajan en uno u otro sentido, provenientes del propio cilindro o de los adyacentes, o reflejadas en cada una de las singularidades de la conducción (uniones, ensanchamientos, salida del tubo...). Armonizar todo ese desbarajuste aparente para que nuestras queridas ondas jueguen a nuestro favor y nos den esos caballitos de más “gratuitos”, sólo está al alcance de las fábricas y de unos pocos artistas como los señores de Akrapovic o Yoshimura. Lo de gratuitos no es evidentemente que los escapes sean precisamente regalados, sino que se trata de aumentar el rendimiento del motor sin forzarlo ni extremar las condiciones de su rendimiento, sin añadir piezas con peso adicional...simplemente utilizando con inteligencia esos pulsos de presión que producen las válvulas al abrirse y cerrarse bruscamente.

Así, la única forma de comprobar el buen diseño de un tubo es probando el rendimiento del motor en el banco de potencia, después de obtener un reglaje de carburación óptimo. Este detalle es importante, ya que cada tubo, al afectar a la forma en que la moto “respira”, necesita unos reglajes de carburación propios.

Motores 2T:
La problemática en los tradicionales motores de dos tiempos es mucho más severa, debido a la simetría que existe en el diagrama de distribución respecto del PMI debido a la utilización de lumbreras que va descubriendo el pistón. Siempre es más complicado el llenar de carga el cilindro que en desalojar los productos quemados (ya que éstos poseen una presión bastante grande que facilita su evacuación). Así, al ser el recorrido de admisión forzosamente igual al de escape, siempre anda justa la primera (y metemos menos carga), o sobrada la segunda (yéndose carga por el escape).
Si analizamos el ciclo de un dos tiempos, nos encontramos con dos problemas:
-Una vez que ha tenido lugar la ignición, el pistón baja descubriendo la lumbrera de escape y empezando el escape espontáneo. Pero cuando está el pistón en las inmediaciones del PMI, ya la presión dentro de la cámara ha bajado mucho, y sin embargo el pistón aún se está moviendo muy lentamente para empezar el barrido de los gases de escape. Por esto, sería conveniente que llegase en este momento una onda de depresión para ayudar a sacar los gases de escape, y así bajar la presión dentro de la cámara para permitir la entrada de más carga fresca procedente de la lumbrera de transferencia.

-Una vez pasado el PMI el pistón empieza a subir, cerrando la lumbrera de transferencia y comprimiendo la carga fresca. Pero la lumbrera de escape aún estará un cierto ángulo ? abierta, y se expulsará parte de la carga (que tanto nos ha costado meter) por el conducto de escape, originando contaminación y...una fuerte pérdida de potencia. Por lo tanto, en este momento necesitamos que llegue una onda de sobrepresión que tapone el colector de escape para evitar esa fuga de carga fresca.
Así, en dos momentos muy próximos, necesitamos que llegue una onda de rarefacción que extraiga los gases y a continuación, una onda de presión que impida que salga la carga fresca. ¿Parece mucho pedir, no? Pues no, para eso está el tubarro.
Como todos sabéis, el tubarro es esa panza que tienen los escapes de los motores dos tiempos. Como hemos explicado, en la parte divergente del tubarro, se formará la onda de rarefacción que necesitamos. En la parte convergente del tubarro, se formará una onda de presión, reflejada de la que salió del mismo cilindro.

Es frecuente que la parte divergente, tenga un ángulo menor que la parte convergente. Ello es debido a que la primera onda se puede crear de una forma más progresiva ya que tiene más tiempo para actuar. En cambio, la onda de presión debe actuar muy enérgicamente en muy poco tiempo, justo el que va desde que el pistón cierra las lumbreras de transferencia, hasta que se cierre la lumbrera de escape, y quede la cámara de combustión sellada.
Variando la forma del tubarro, obtendremos un motor más o menos radical. Esto es, si los ángulos de divergencia y convergencia de las paredes del tubarro son mayores, las ondas serán de mayor amplitud, pero serán más cortas en el tiempo, por lo que llegarán en el momento apropiado en un margen más estrecho de revoluciones. Con lo que tendremos un motor más potente pero solo en esa franja bendita, luego...na de na.
Por supuesto, es evidente que variando la longitud inicial del colector que une culata y tubarro, variaremos el tiempo en que llegaran las dos ondas que se creen en él, y por lo tanto a qué régimen actuarán. Un tubo corto, con un tubarro casi pegado al motor, será propio de motores que sintonizan a muy altas vueltas.

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