sistemas de escape

5/9/2018 Sistemas de Escape - slidepdf.com

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G U Í A D E A P L I C A C I Ó N E I N S T A L A C I Ó

SISTEMAS DE ESCAPE

G3600 • G3500

G3400 • G3300

3.600 • C175 • 3500

C32 • 3412E • 3400 •

3126B

C18 • C-16 • C-15 • C15

C13 • C-12 • C11 • C-10

C9 • C-9 • C7



Contenido

Sistemas de escape ...................................................................... 1

Componentes del sistema ............................................................. 3

Múltiple de escape .................................................................... 3

Múltiples secos ..................................................................... 3

Múltiples enfriados en agua.................................................. 3

Múltiples con protector aislador enfriados por agua............. 4

Protección térmica .................................................................... 4

Mantas (protectores blandos para múltiples de escape) ...... 4

Envoltura dura (protectores duros para múltiples de escape)

.............................................................................................. 5

Protectores y blindajes ......................................................... 5

Turbocompresores.................................................................... 5

Válvula de derivación de gases de escape .......................... 6

Conexiones de escape flexibles................................................ 6

Mangueras metálicas flexibles y fuelles ............................... 6

Juntas deslizantes................................................................ 8

Silenciador .............................................................................. 10

Clasificación de silenciadores............................................. 10

Selección del silenciador .................................................... 10

Tubería del sistema de escape.................................................... 12

Diseño del sistema de escape ................................................ 12

Boquillas para sistema de escape...................................... 14

Aislamiento de la tubería de escape................................... 14

Prevención de ingreso de agua.......................................... 15

Contrapresión del sistema de escape..................................... 15



Medición de la contrapresión.............................................. 16

Cálculo de la contrapresión ................................................ 19

Longitud equivalente de tubería recta ................................ 19

Sistemas de escape combinados....................................... 19

Consideraciones de soporte de la tubería............................... 20

Expansión térmica .............................................................. 20

Carga del turbocompresor.................................................. 20

Cálculos de la carga ........................................................... 21

Escape vertical ................................................................... 21

Escape horizontal ............................................................... 21 Transmisión de la vibración................................................ 23

Descarga del escape .............................................................. 23

Tubo de escape común ...................................................... 23

Módulo de potencia o contenedor drop over ...................... 24

Limpieza durante la instalación............................................... 26

Babeo o apilamiento húmedo ................................................. 26

Sistemas de escape para aplicaciones específicas..................... 27

Sistema de escape seco para aplicaciones marinas .............. 27

Sistema de ventilación automática del expulsor del sistema de

escape marino......................................................................... 27

Pautas de diseño de conductos .............................................. 27

Sistema de escape húmedo marino........................................ 33

Elevadores de escape........................................................ 35

Silenciadores de levantamiento de agua ................................ 35

Acción de las olas y sistemas de escape húmedos................ 36

Cámara de sobrecarga....................................................... 37

Válvula en la descarga del escape..................................... 38



Mangueras comparadas con tuberías de escape rígidas ....... 38

Ubicación del orificio de descarga del escape ........................ 38

Válvulas en las tuberías de enfriamiento de agua de escape

............................................................................................ 38



PrólogoEsta sección de la Guía de Aplicación e Instalación describe en términos

generales la amplia gama de requisitos y opciones de los Sistemas de Escapede los motores Caterpillar® indicados en la portada de esta sección. Otrossistemas de motores, componentes y principios se tratan en otras secciones deesta Guía de Aplicación e Instalación.

La información y los datos específicos de cada motor se pueden obtener dediferentes fuentes. Consulte la sección ‘Introducción’ de esta guía para obtenerreferencias adicionales.

Los sistemas y los componentes descritos en esta guía pueden no estardisponibles o no aplicar a todos los motores. La siguiente lista indica los diseñosde componentes de escape usados en cada modelo de motor Caterpillar.Consulte la Lista de Precios para obtener datos específicos de opciones ycompatibilidad.

=Estándar

=Optativo

- =No disponible

3 1 2 6 B

C 7

C - 9

C 9

C - 1 0 / C - 1 2

C 1 1 / C 1 3

3 4 0 6 E

C - 1 5 / C - 1 6

C 1 8 / C 1 5

3 4 1 2 E

C 2 7 / C 3 2

3 5 0 0

C 1 7 5

3 6 0 0

G 3 3 0 0 / G 3 4 0 0

G 3 5 0 0

G 3 6 0 0

Múltiples secos - Múltiplesenfriados poragua

- - - - - - - - - -

Múltiples conprotectoraisladorenfriados poragua

- - - - - - - - - - - - - - -

Protectoresblandos - - - - - - - - - - -

† - - -

Protectoresduros - - - - - - - -

Silenciadoresde escape

† Turbocompresor con cubiertas protectoras blandas, pero sin múltiples.

La información contenida en esta publicación puede considerarseconfidencial. Se recomienda discreción en su distribución. Los materiales yespecificaciones están sujetos a cambio sin previo aviso. CAT, CATERPILLAR, sus logotipos respectivos y el color “Caterpillar Yellow”, así como laidentidad corporativa y del producto usados aquí, son marcas comerciales registradas deCaterpillar y no pueden usarse sin autorización.

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Guía de Aplicación e Instalación Sistemas de Escape

Sistemas de escape

Los sistemas de escape bien diseñados recogen los gases de escape de loscilindros del motor y los descargan de la manera más rápida y silenciosa posible.Las consideraciones principales de diseño del sistema incluyen:

• Minimizar la resistencia al flujo de gas (contrapresión) y mantenerladentro de los límites especificados para el modelo y la clasificación delmotor específico con el fin de proporcionar la máxima eficiencia.

• Reducir la emisión de ruido de escape para cumplir con las normaslocales y los requisitos de la aplicación.

• Proporcionar un espacio libre adecuado entre los componentes delsistema de escape y los componentes del motor, las estructuras de lamáquina, las áreas abiertas y cerradas del motor, y las estructuras de lasedificaciones cercanas para reducir el impacto de las temperaturas deescape altas sobre estos elementos.

• Asegurarse de que el sistema no sobrecargue los componentes delmotor, como turbocompresores y múltiples con peso en exceso. Lasobrecarga puede acortar la vida útil de los componentes del motor.

• Asegurarse de que los componentes del sistema de escape puedenirradiar toda la energía calorífica en conformidad con el diseño original.Los turbocompresores y múltiples secos no deben envolverse oprotegerse con componentes no Caterpillar o la aprobación de Caterpillar.

CONTENIDO DE LA SECCIÓN

Componentes del sistema..... 2• Múltiples

• Protección térmica

• Turbocompresores

• Conexiones

• Silenciadores

Tubería del sistema de escape.. ............. 9... ...............................

• Diseño del sistema• Consideraciones de soporte

de la tubería

• Descarga de gases de

• Admisión de agua

•

levantamiento de agua

escape

• Boquillas

• Contrapresión

• Limpieza

• Babeo

Sistemas de escape paraaplicaciones

.............23específicas ...............• Escape seco para

aplicaciones marinas

•

Ventilación automática delexpulsor

• Diseño de conductos

• Escape húmedo paraasaplicaciones marin

Silenciadores de

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• Acción de las olas en elescape húmedo

• Mangueras comparadas contuberías

• Orificio de descarga




Componentes del sistemaLos componentes principales de un

sistema de escape incluyen, pero nose limitan a, el múltiple de escape, el

turbocompresor, la válvula dederivación de gases de escape, latubería y el silenciador. A continuaciónse explica cada uno de loscomponentes y su función.

Múltiple de escapeLos múltiples de escape del motor

recogen el gas de escape de cadacilindro y lo conducen a una salida deescape. El múltiple está diseñado para

que la contrapresión y la turbulenciasean mínimas. Los productosCaterpillar usan diseños de múltiplesenfriados por agua y con protectoraislador (ASWC), de acuerdo con losrequisitos del diseño y de laaplicación. Vea la Figura No. 1 paradiferentes configuraciones delmúltiple.

Figura No. 1

Múltiples secosEl múltiple seco es el diseño

preferido. Es económico y al

proporcionar la máxima energía deescape posible al turbocompresorofrece la mayor eficiencia general. Losmúltiples secos, sin embargo, tambiénirradian la mayor parte del calor ytienen las temperaturas de superficiemás altas.

Algunas aplicaciones requierentemperaturas bajas en la superficie delmúltiple. Por ejemplo, la Agencia deSalud y Seguridad en Minas (MSHA),la norma "ATmospeheres Explosibles(ATEX)" y las sociedades marinasrequieren que las temperaturas de lasuperficie del motor sean menores de200°C (400°F) en ciertas minas.

Las mantas y los protectorestérmicos están disponibles paraalgunos productos Caterpillar paracumplir con los requerimientos detemperaturas bajas de la superficie del

motor. Algunos productos marinostienen como opción múltiplesenfriados por agua.

Los motores de gas funcionan conuna temperatura de escape más altasi se compara con los motores diesel.Debido a estas temperaturas deescape altas, algunos modelos usanmúltiples enfriados por agua omúltiples con protector aisladorenfriados por agua.

Múltiples enfriados en aguaLos conductos de los múltiples

enfriados por agua permiten alrefrigerante de la camisa del motorfluir alrededor del múltiple,absorbiendo el calor, que de otromodo sería transportado por los gasesde escape. Las temperaturas de la




Sistemas de Escape Guía de Aplicación e Instalación

superficie de los múltiples enfriadospor agua son considerablemente másbajas que las de los múltiples secos,sin embargo, la irradiación de calor alagua de la camisa aumenta en un

20% a 40%. Este aumento requiere unsistema de enfriamiento de mayorcapacidad.

Los múltiples enfriados por aguatambién reducen la energía caloríficade escape entregada alturbocompresor. Por esto se requiereel uso de un turbocompresorapropiado para obtener la eficienciamáxima. El turbocompresor usado enlas aplicaciones con múltiple seco

puede no ser apropiado paraaplicaciones con múltiples enfriadospor agua.

Múltiples con protector aisladorenfriados por agua

Los múltiples con protector aisladorenfriados por agua (ASWC) usan unacavidad de aire aislante entre elmúltiple de escape y el blindaje deagua. El agua del motor circulaalrededor del protector aislador, perono entra en contacto directo con elmúltiple interno. Ésto reduce la cargade enfriamiento necesaria de agua dela camisa y mantiene más energía deescape disponible para elturbocompresor.

Protección térmicaNota: Instalar protectores o envolturasblandas no apropiados puede causardaños al sistema de escape. El daño

producido por componentes noaprobados no tiene cobertura porgarantía de calidad y mano de obrasin aprobación de Caterpillar. Si sonnecesarias temperaturas de escapede superficie más bajas, debeconsiderarse una evaluación adicional

de las opciones de cilindrada yclasificación (A-E).

La protección térmica puede usarsecomo medio de blindar las superficiescalientes y proteger los componentes

y operadores del calor excesivo. Eluso de protectores térmicos dependede muchos factores incluyendo, perono limitados a, tipo de instalación,requisitos ambientales y normativos.Los protectores también pueden serun medio eficaz para proporcionarseguridad. Los protectores diseñadosy suministrados por Caterpillarresultan adecuados para estepropósito. Cualquier protector

adaptado por el cliente debe serdiseñado e instalado cuidadosamentepara asegurarse de que el motor nosufrirá daño. Debe tenerse especialcuidado con envolturas y protectoresno proporcionados por Caterpillar quepuedan aumentar la temperaturasuperficial del componente. Un flujo deaire adecuado alrededor del protectorpuede ayudar a reducir los aumentosde la temperatura superficial del

componente.Mantas (protectores blandos paramúltiples de escape)

Las mantas tienen una capa aislantede material y una capa externa de telatérmica. La mayoría de las mantas seaseguran sobre el componenteusando resortes o alambre de aceroinoxidable. Las mantas aíslan el calory el ruido.

Caterpillar no recomienda el uso demantas en múltiples de escape,turbocompresores u otroscomponentes del motor. Confrecuencia, el uso de mantas provocafallas prematuras en los componentesdel múltiple de escape. Puedenhacerse excepciones si el aislamiento

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es suministrado y aprobado porCaterpillar para una aplicaciónparticular; en estos casos, Caterpillarusa componentes del escape y delturbocompresor fabricados con

materiales que pueden resistirtemperaturas más altas. Los motoresCaterpillar que usan envolturas yprotectores se diseñan para un límitemenor de temperaturas de gas deescape.

Envoltura dura (protectores durospara múltiples de escape)

La envoltura dura con frecuencia seusa en el motor, por ejemplo, en la "V"entre los bancos de cilindros. La

envoltura dura se compone de trescapas: una lámina térmica, una mantade fibra de vidrio y una lámina demetal flexible. Ésta se instala con lalámina térmica contra la superficiecaliente, pero sin tocarla. La capa deaire intermedia actúa como aislador.Pueden perforarse orificios parapernos en la lámina metálica lo quefacilita quitar o instalar la envoltura.

Protectores y blindajesLos protectores y blindajes

generalmente se fabrican usandoláminas metálicas perforadas. Seinstalan dejando un espacio de aireentre el blindaje y la superficiecaliente. Con un flujo de aireadecuado alrededor del motor, latransferencia de aire desde el metal alaire reducirá considerablemente latemperatura del protector o delblindaje.

PRECAUCIÓN: Todos los protectorestérmicos, ya sean mantas, envolturasduras o blindajes, deben diseñarse deforma que los componentes críticosdel motor, como múltiples yturbocompresores, no alcancentemperaturas máximas, debido a que

ésto puede llevar a una fallaprematura del motor. Las cajas de laturbina del turbocompresor y las cajasde la turbina no enfriadas por agua nodeben envolverse con ningún material.

En algunos casos, hay disponiblesprotectores/envolturas térmicasdiseñados por Caterpillar paramodelos y clasificaciones específicasdel motor.

TurbocompresoresLos turbocompresores se usan para

obtener una salida de potencia delmotor más alta, al convertir parte de laenergía del flujo de gas de escape enenergía del sistema de admisión, enforma de presión de admisión elevada(refuerzo). La presión de admisiónelevada permite el ingreso de más aireen los cilindros del motor, lo que a suvez aumenta la combustión decombustible, resultando así en mayorsalida de potencia.

Figura No. 2

Vea laFigura No. 2. Los gases deescape calientes salen del cilindro eingresan en el lado de la turbina delturbocompresor. Los álabes de laturbina y los del compresor compartenun eje común.

Los gases de escape impulsan losálabes de la turbina, que a su vez





impulsan los álabes del compresor dellado de admisión de aire. La rotaciónde velocidad alta comprime el aire deadmisión para proporcionar másoxígeno para la combustión.

Válvula de derivación de gases deescape

Los turbocompresores equipadoscon una válvula de derivación degases de escape pueden operareficientemente en una gama muchomás amplia de altitudes y condicionesambientales. La válvula de derivaciónde gases de escape se abre a unapresión determinada previamente ydescarga parte del flujo de escape

lejos del turbocompresor. El menorflujo de escape disminuye la velocidaddel turbocompresor para evitarsobrevelocidad y exceso de presiónde refuerzo.

En algunos motores de gas natural,la válvula de derivación de gases deescape puede ajustarse manualmentea las condiciones del sitio paraoptimizar la posición del acelerador yproporcionar eficiencia o una mejorrespuesta.Nota: Los flujos de escape quederivan los dos turbocompresores deun motor G3600 con cilindros en V através de la válvula de derivación degases de escape se fusionan y salenen una salida de escape. Por tanto, sise mide el flujo de escape, se notaráun flujo de gas de escape desigual enlas dos salidas de escape cuando se

abre la válvula de derivación de gasesde escape. Generalmente, el flujo dellado derecho será 15% mayor que eldel lado izquierdo.

PRECAUCIÓN: Conectar la tubería derefuerzo a la válvula de derivación degases de escape aumentará lairradiación de calor del posenfriador,

aumentará la velocidad delturbocompresor y aumentará almáximo la presión del cilindro delmotor. Ésto afectará negativamente lafiabilidad, duración, estabilidad,

emisiones y el rendimiento general delmotor.

Conexiones de escapeflexibles

El sistema de las tuberías de escapedebe aislarse del motor conconexiones flexibles, diseñadas paraque no haya fugas y flexibles en todaslas direcciones. Generalmente seusan dos tipos de conexiones

flexibles: tipo manguera metálicaflexible y tipo fuelle.

Mangueras metálicas flexibles yfuelles

La manguera metálica flexiblegeneralmente se usa para sistemas deescape con un diámetro igual o menora 150 mm (6 pulg). Los fuellesgeneralmente se usan para sistemasde escape con diámetro igual o mayora 200 mm (8 pulg).

Deben instalarse conexionesflexibles lo más cerca posible de lasalida del escape del motor. Unaconexión de escape flexible tiene tresfunciones principales:

• Aislar el peso de las tuberíasde escape del motor. El pesoque una salida de escape decada modelo de motor puederesistir varía.

• Para aliviar a los componentesde escape de tensiones porfatiga de vibración excesiva.

• Para permitir el movimientorelativo de los componentes deescape. Ésto tiene variasrazones. Puede ser el resultadode la expansión y contracción





debido a los cambios detemperatura, por procesos decorrimiento que sucedendurante la vida útil de cualquierestructura o por reacciones de

par.

Las conexiones de tubería flexibles,cuando están aisladas, se debenexpandir y contraer libremente dentrodel aislamiento. Ésto generalmenterequiere un material blando o

manguito aislado para colocar laconexión.En la Figura No. 3 se muestra undiseño de tubería típico conconexiones flexibles.





Tubería de escape típica con conexión flexible

Figura No. 3

Las conexiones flexibles debenestirarse previamente durante lainstalación para permitir la expansióntérmica esperada. Cuatro correaspequeñas pueden soldarse entre lasdos bridas de extremo para sostenerlas conexiones flexibles o los fuellesdel escape del motor en una posiciónrígida durante la instalación de latubería de escape. Ésto evitará quelos fuelles se instalen torcidos. Pongauna etiqueta de advertencia en losfuelles indicando que las correassoldadas deben quitarse antes delarranque del motor.

Cualquier conector flexible debetener buena resistencia a la fatiga.Debe proporcionar una vida útilaceptable, resistir la tensión vibratoria

y ser lo suficientemente blando paraevitar la transmisión de vibración fuerade la conexión.

Las limitaciones de instalación de lasconexiones flexibles de escapesuministradas por Caterpillar semuestran en la tabla de abajo. Paraobtener máxima duración, permita quelos fuelles operen lo más cerca posiblea su longitud libre.

Juntas deslizantes

Las juntas deslizantes son otrométodo para manejar la expansión y lacontracción de los sistemas deescape. Las juntas deslizantes estándiseñadas para controlar las fugascuando el sistema está frío. Cuando elmotor arranca y las tuberías deescape alcanzan la temperatura de





Sin embargo, Caterpillargeneralmente no recomienda el usode juntas deslizantes debido a susdesventajas, como fuga de humo deescape, babeo del escape y por el

hecho de que sólo se flexionan en unsentido.

operación, las juntas se expanden yproporcionan un ajuste hermético. Las

juntas deslizantes son flexibles en sóloun sentido y requieren buen soporte acada cado.

Límites de instalación de conexiones de escape flexibles - Manguera metálica flexible

ACorrimiento máximo

entre bridas

ACompresión máxima

desde la longitud libre

CExtensión máxima

desde la longitud libreMangueraDiámetro

mm pulg mm pulg mm pulg

4 y 5 pulg 25,4 1,0 6,25 0,25 6,25 2,5

6 pulg 38,1 1,5 6,25 0,25 6,25 2,5

Límites de instalación de conexiones de escape flexibles - Fuelles

ACorrimiento máximo

entre bridas

ACompresión máxima

desde la longitud libre

CExtensión máxima

desde la longitud libreMangueraDiámetro

mm pulg mm pulg mm pulg

8 y 12 pulg 19,05 0,75 38,1 1,50 25,40 1,00

14 pulg 19,05 0,75 76,2 3,00 25,40 1,00

18 pulg 22,86 0,90 76,2 3,00 44,45 1,75

Índice de resorte para conexiones flexibles -Fuelles

Índice de resorte

DiámetrokN/m lb/pulg

8 pulg 29,7 170

12 pulg 33,9 194

14 pulg 68,5 39118 pulg 19,3 110

Figura No. 4





SilenciadorEl ruido del sistema de escape es

una de las principales fuentes de ruidode cualquier instalación de motores.

La función del silenciador es reducir elruido del sistema de escape antes deque los gases se descarguen a laatmósfera.

El ruido de escape se produce con laliberación intermitente de gas deescape de presión alta de los cilindrosdel motor, lo que provoca fuertesfluctuaciones de presión de gas en elsistema de escape. No sólo seproduce ruido en la descarga en lasalida del escape, sino también por lairradiación de ruido en las superficiesde la tubería de escape y delsilenciador. Un sistema de escapebien ajustado y diseñado reducirásignificativamente el ruido de estasfuentes. El silenciador hace unacontribución importante a la reduccióndel ruido de escape.

El exceso de ruido es inaceptable en

la mayoría de aplicaciones. El gradorequerido de reducción de ruidodepende de factores como el tipo deaplicación, si es fija o móvil, y de lasnormas legales relacionadas con laemisión de ruido. Por ejemplo, el ruidoexcesivo es inaceptable en un hospitalo en un área residencial, pero puedeser aceptable en una estación debombeo aislada.

Clasificación de silenciadores

Los silenciadores generalmente seclasifican de acuerdo con el grado dereducción de ruido. "Residencial","Crítico" y "Supercrítico" son lostérminos usados comúnmente paradescribir las diferentes clasificaciones.

• Sistema de silenciador de Nivel 1- "Residencial": Apropiado para

áreas industriales donde el nivelde ruido de fondo esrelativamente alto o para áreasremotas donde se permite la

reducción parcial del ruido.• Sistema de silenciador de Nivel 2

- "Crítico": Reduce el ruido deescape a un nivel aceptable ensitios donde se requiere unareducción del ruidomoderadamente eficaz, como enáreas semiresidenciales dondesiempre hay ruido moderado defondo.

•

Sistema de silenciador de Nivel 3- "Supercrítico": Proporcionamáxima reducción del ruido paraáreas residenciales, hospitales,escuelas, hoteles, tiendas,edificios de apartamentos y otrasáreas donde el nivel de ruido defondo es bajo y el ruido del grupoelectrógeno debe mantenerse enel mínimo.

Selección del silenciador

El silenciador generalmente es elmayor contribuyente de lacontrapresión de escape. Por tanto,cuando se selecciona un silenciadordebe considerarse la reducción delruido requerida y la contrapresiónpermisible. También debe tenerse encuenta el tipo de aplicación, el espaciodisponible, el costo y la apariencia.

Para seleccionar un silenciador, uselos datos del proveedor delsilenciador, corregidos paratemperatura de salida y velocidad, ydeterminar el tamaño y el tipo desilenciador que esté en conformidadcon los criterios de reducción de ruidocon una caída de presión máximaaceptable.





Después de calcular la pérdida depresión, puede ser necesario revisarun segundo silenciador o una tuberíade diferente tamaño, antes de obteneruna combinación óptima.

El diseño del silenciador es untrabajo muy especializado. Laresponsabilidad de los detalles deldiseño y la construcción debenasignarse al fabricante del silenciador.





Tubería del sistema de escapeLa función de la tubería del sistema

de escape es transportar los gases deescape desde la salida del escape del

motor al silenciador y a otroscomponentes del sistema de escape,terminando en la salida de escape. Latubería es una característica clave enel diseño general del sistema deescape.

Diseño del sistema de escapeLas características físicas del

compartimiento del motordeterminarán el diseño del sistema de

escape. La tubería de escape debediseñarse de modo que minimice lacontrapresión de escape y tenga encuenta la facilidad de servicio del

motor. La tubería de escape debeasegurarse muy bien. Debe tenerseen cuenta el movimiento del sistema y

el aislamiento de la vibración y usarcomponentes flexibles apropiados,como amortiguadores o resortes decaucho.

La tubería debe diseñarse teniendoen cuenta el servicio del motor. Enmuchos casos, en motores másgrandes, se usará una grúa aéreapara proporcionar servicio a loscomponentes más pesados del motor.

Deben seguirse la siguientesrecomendaciones cuando se diseñaun sistema de tubería de escape.

Detalles de silenciador típico





Figura No. 5

• Todas las tuberías debeninstalarse con un espacio libremínimo de 229 mm (9 pulg) a los

materiales combustibles.• La tubería de escape debe

sostenerse apropiadamente,preferentemente adyacente almotor, de modo que su peso nolo sostenga el motor ni elturbocompresor. De ésto sehablará con mayor detalle másadelante en esta sección.

• La tubería de escape debe

dimensionarse de acuerdo con ellímite de contrapresión máximapara el motor.

• Cuando resulte apropiado, lairradiación de calor puedereducirse si se cubre la tuberíade escape fuera del motor con unaislamiento para temperaturaalta.

• Instale protectores de boquillametálicos para tuberías de

escape que atraviesen paredes otechos de madera. Losprotectores de boquilla debentener 305 mm (12 pulg) más dediámetro que las tuberías deescape, vea la Figura No. 5.

• Cuando use tuberías de escape,extiéndalas hacia arriba y hacia

Ubique las salidas de la tuberíade escape lejos del sistema dadmisión de aire. Lo

afuera del compartimiento delmotor para evitar el calor, el

humo y los olores.

•

es filtros del

s

s.

•

stible,

•

no en ángulos deia y

•

de agua als

rán

motor, los turbocompresores ylos posenfriadores contaminadocon productos del escapepueden causar fallas prematura

Evite tender tuberías de escapecerca de bombas de combutuberías de combustible, tanquesde combustible y otros materialescombustibles.

Las salidas de la tubería de

escape deben estar en ángulosde 30° a 45°, y90°, para reducir la turbulencel ruido del gas de escape. Veala Figura No. 6.

Las salidas de escape debenubicarse de modo que no seaposible la entradasistema de la tubería. Las tapacontra lluvia forzadas a abrirsepor la presión de escape evita

que entre el agua, sin embargo,también añadirán contrapresiónadicional al sistema y deberánevaluarse cuidadosamente.





Diseño de tubería de unión de dos turbocompresores

Figura No. 6

El sistema de escape puedeacumular una cantidad considerablede humedad condensada. Porejemplo, el gas natural que se quemaen los motores de gas genera unalibra de agua por cada 10 pies3 de gas

natural quemado. Por esta razón, lostramos largos de tubería de escaperequieren trampas para drenar lahumedad. Las trampas instaladas enel punto más bajo de la tubería, cercade la salida de escape, evitan que elagua de lluvia entre al silenciador. Lastuberías de escape deben inclinarselejos del motor, hacia la trampa, así lacondensación drenaráapropiadamente. Vea la Figura No. 3 de la sección anterior.

Boquillas para sistema de escapeLas boquillas para sistemas de

escape, como las mostradas en laFigura No. 5, son elementos usadospara tuberías que atraviesan paredeso techos. Las boquillas permiten laseparación de la tubería de escape de

las paredes o techos, paraproporcionar aislamiento mecánico otérmico. Las boquillas de manguitosimple tienen diámetros de al menos305 mm (12 pulg) más que la tuberíade escape. Las boquillas de manguito

doble (manguitos interno y externo)tienen diámetros externos de al menos152 mm (6 pulg) más que la tubería deescape.

Aislamiento de la tubería de escapeLas piezas no expuestas de la

tubería de escape no deben estarcerca de madera o de otro materialcombustible. La tubería del sistema deescape dentro del cuarto del motor odel espacio de la maquinaria (y el

silenciador, si está montado en elinterior) debe cubrirse con materialesde aislamiento apropiados paraproteger al personal y reducir latemperatura del cuarto del motor. Unacapa apropiada de material deaislamiento alrededor de la tubería y elsilenciador y sostenido por una funda





de aluminio o de acero inoxidablepuede reducir substancialmente lairradiación de calor desde el sistemade escape al cuarto del motor. Unaventaja adicional del aislamiento es

que atenúa el ruido del cuarto delmotor.

Prevención de ingreso de aguaLas salidas del sistema de escape

deben tener un sistema apropiadopara evitar la entrada de nieve, agualluvia o rociado de mar al motor através de la tubería de escape. Éstopuede lograrse mediante variosmétodos, pero debe ponerse especialatención al método usado. El método

seleccionado puede imponerrestricciones significativas que debentenerse en cuenta cuando se calculala contrapresión del sistema.

Un método simple, usadoprincipalmente con tuberías de escapehorizontales, es el ángulo de corte delextremo de la tubería, como semuestra en la Figura No. 3, FiguraNo. 5 y Figura No. 7.

Un método común usado con lastuberías de escape verticales es poneren ángulo la tubería a 45° o 90° de lavertical, usando un codo apropiado, yluego cortar en ángulo el extremo dela tubería, como se describiópreviamente.

Otra característica que puede usarse junto con cualquiera de los métodosmencionados arriba son las ranurasde lluvia/rociado, que se muestran en

la Figura No. 6.

Figura No. 7

Se cortan ranuras en la tubería deescape para permitir que lalluvia/rociado drene de manerasegura. Los bordes de cada ranura sedeforman como se muestra en elgráfico anterior. El lado de la ranura almotor se dobla hacia adentro y el ladodescendente se dobla hacia afuera.Un arco de no más de 60° de lacircunferencia de la tubería deberanurarse en esta forma.

Para aplicaciones donde no esposible usar ninguno de los métodosanteriores, puede ser necesarioadaptar alguna forma de tapa contra la

lluvia al extremo de la sección de latubería vertical. Este método puedeproporcionar un medio seguro paraevitar la entrada de agua, siempre queno añada una restricción decontrapresión significativa.

Contrapresión del sistema deescape

La restricción excesiva del escapepuede afectar negativamente el

rendimiento, lo que resulta en menorpotencia, y aumento de consumo decombustible, temperatura de escape yemisiones. La restricción excesivatambién puede reducir la vida útil de laválvula de escape y delturbocompresor. Es necesario que lacontrapresión de escape se mantenga





dentro de los límites especificadospara los motores que están enconformidad con las regulacionessobre emisiones. Para asegurar elcumplimiento, debe verificarse que la

contrapresión del sistema de escapeesté en el valor máximo definido por lanorma EPA de Caterpillar para laconfiguración y la clasificación delmotor. Los valores puedenencontrarse en los "Datos delSistema" presentados en el sistemade Información de MercadotecniaTécnica (TMI) de Caterpillar.

La contrapresión incluyerestricciones debidas al tamaño de la

tubería, el silenciador, la configuracióndel sistema, la tapa contra lluvia yotros componentes relacionados conel sistema de escape. Lacontrapresión excesiva comúnmentees causada por uno o más de lossiguientes factores:

• Diámetro muy pequeño de latubería de escape.

• Número excesivo de curvaturas

bruscas en el sistema.• Tubería de escape muy larga.

• Resistencia muy alta delsilenciador

Los motores con configuración decilindros en V deben diseñarse demodo que la tubería de escapeproporcione igual contrapresión acada banco de cilindros.

Medición de la contrapresión

La contrapresión de escape se midea medida que el motor opera encondiciones de carga y velocidadnormal plenas. Puede usarse ya seaun manómetro o medidor de presiónen pulgadas de agua. Vea la FiguraNo. 8.

Figura No. 8





Muchas instalaciones de motores yatienen una conexión en la descargadel escape para medir lacontrapresión. Si el sistema no tiene

dicha conexión, use las pautas de laFigura No. 9 y la Figura No. 10 paraubicar e instalar una toma de presión.

• Ubique la toma de presión enuna longitud recta de la tuberíade escape, lo más cercaposible al turbocompresor.

• Ubique la toma a tres diámetrosde la tubería desde cualquier

transición ascendente de latubería.

• Ubique la toma a dos diámetrosde la tubería desde cualquiertransición descendente de la

tubería.Por ejemplo, en una tubería de 100

mm de diámetro (4 pulg), la tomapodría ubicarse no más cerca de 300mm (12 pulg) corriente abajo de unacurva o de un cambio de sección.





Ubicación e instalación preferida de la toma de presión

Figura No. 9

Si no hay disponible una longitud

recta ininterrumpida de al menos cincodiámetros de la tubería, debe tenersecuidado de ubicar la sonda lo máscerca posible de un eje neutral delflujo de gas de escape. Esto esnecesario debido a que las medidastomadas en la parte exterior de unacurva de 90° en la superficie de latubería serán mayores a una mediciónsimilar tomada en el interior de lacurva de la tubería.

Figura No. 10

La toma de presión puede fabricarse

usando "medio acoplamiento" de 1/8NPT soldado a la ubicación deseadade la tubería de escape. Después deconectar el acoplamiento, se perforaun orificio de 3,05 mm (0,12 pulg) dediámetro a través de la pared de latubería de escape. Deben quitarse lasrebabas de la pared de la tubería paraque no obstruyan el flujo de gas. Elmedidor o la manguera del medidorpueden conectarse a la mitad del

acoplamiento. La sonda debeinsertarse a una profundidad igual a lamitad del diámetro de la tubería o a unmínimo de 76,2 mm (3 pulg), como semuestra en la Figura No. 10. La puntade la sonda debe cortarse paralela alflujo de gas de escape.





Cálculo de la contrapresiónLa contrapresión se calcula así:

L x S x Q2 x 3,6 x 106

P (kPa) = D5 + PS

L x S x Q2 x 3,6 x 106P (pulg de

H2O) = 187 X D5 + PS

Donde:

P = Contrapresión (kPa), (pulg deH2O)

lb/pulg² = 0,0361 x pulg decolumna de agua

kPa = 0,00981 x mm de columna de

aguaL = Longitud equivalente total de la

tubería (m), (pies)

Q = Flujo de gas de escape(m3 /min), (cfm)

D = Diámetro interno de la tubería(mm), (pulg)

S = Densidad del gas (kg/m3),(lb/pie3)

Ps = Caída de presión delsilenciador/tapa contra lluvia(kPa),(pulg de H2O)

Factores de conversión útiles lb/pulg² = 0,0361 x pulg decolumna de agua

lb/pulg² = 0,00142 x mm decolumna de agua

lb/pulg² = 0,491 x pulg de columnade mercurio

kPa = 0,0098 x mm de columna deagua

kPa = 0,25 x pulg de columna de agua

kPa = 3,386 x pulg de columna demercurio

kPa = 0,145 lb/pulg²

Longitud equivalente de tuberíarecta

Para obtener la longitud equivalentede tubería recta con varios codos:

33D Codo estándar L= X

Radio del codo = diámetro de latubería

20D Codo largo L =

X radio = 1,5 de diámetro

15D L =

X Codo de 45°

66D L =

X Codo cuadrado

Donde X = 1.000 mm ó 12 pulg

Como se muestra en las ecuaciones,si se requieren codos de 90°, loscodos de radio largo con un radio 1,5veces el diámetro de la tubería ayudana reducir la resistencia.

Sistemas de escape combinadosAunque resulta atractivo por su

precio, no es aceptable un sistema deescape común para variasinstalaciones. Los sistemas de escapecombinados con calderas u otrosmotores permiten la entrada de gasesde escape a motores que no están enoperación. El vapor el agua creadodurante la combustión se condensaráen los motores fríos y dañarárápidamente el motor. Tampoco serecomiendan válvulas de conductos

separando sistemas de escape delmotor. Los asientos de válvuladeformados a temperaturas altasprovocan fugas.

Los ventiladores de succión deescape se han aplicado exitosamenteen conductos de escape combinados,pero la mayoría opera sólo cuando





hay gas de escape. Para evitar el girolibre del turbocompresor (sinlubricación), los ventiladores desucción no deben funcionar cuando elmotor está apagado. El sistema de

escape de motores apagados debeestar cerrado y ventilado.

Los motores 3600 con cilindros en"V" tienen dos salidas de escape, unapara cada banco de cilindros. Si secombinan éstos con una fabricacióntipo Y, mientras sea posible, puederesultar en expansión térmica ycontrapresión desiguales de un bancoa otro. Este aumento desigual puedeponer carga no deseada en el montaje

del turbocompresor o en los fuellesflexibles. La contrapresión desigualpuede afectar negativamente laoperación y el rendimiento del motor.Si las salidas de escape están unidas,estos problemas pueden minimizarseal instalar una conexión flexible encada tramo y mantener igual longituden los tramos.

Consideraciones de soporte

de la tuberíaExpansión térmica

La expansión térmica de la tuberíade escape debe tenerse en cuentapara evitar carga excesiva en lasestructuras de soporte.

La tubería de escape de acero seexpande 1,13 mm/m (0,0076 pulg/pie)por cada 100°C (100°F) de aumentoen la temperatura de escape. Esto

significa una expansión de 16,5 mm(0,65 pulg) por cada 3,05 m (10 pies)de tubería, desde 35° a 510°C (100° a950°F).

Los sistemas de tubería debendiseñarse para que la expansióntérmica se expanda hacia afuera delmotor.

Puede usarse una sujeción paramantener los extremos de un tramolargo de tubería en su sitio, forzandotoda la expansión térmica hacia las

juntas de expansión.

También deben ubicarse soportespara permitir la expansión haciaafuera del motor. Los soportes puedenreducir las tensiones o distorsiones delequipo conectado y permiten quitar loscomponentes sin necesidad de usarsoporte adicional.

Las conexiones de tubería flexibles,cuando están aisladas, se debenexpandir y contraer libremente dentrodel aislamiento. Esto requiere

generalmente un material blando omanguito aislado para encajar laconexión.

Carga del turbocompresorDebe prestarse especial atención a

la carga que la tubería externa puedecrear en el turbocompresor. Paraminimizar la carga aplicada a la cajadel turbocompresor, debe ubicarse unfuelle lo más cerca posible de la salida

del turbocompresor y la tubería deescape de flujo descendente debeestar soportada independientemente.También debe tenerse en cuenta en eldiseño la expansión térmica de latubería horizontal conectada al escapedel turbocompresor.

La carga vertical máxima permitida ylos límites de momento de flexión seproporcionan para cada modelo demotor. Consulte el Apéndice de

Información Técnica para obtener lainformación apropiada.

Para los motores de la Serie3600/G3600, los fuelles y adaptadoressuministrados por Caterpillar o lasopciones de codo y fuelle, representanla carga máxima permitida en elturbocompresor. Todas las demás





tuberías externas deben estarsoportadas independientemente.

Escape horizontalW = Peso del adaptador

J = Peso del adaptador del codoCálculos de la cargaEl siguiente ejemplo muestra el tipo

de cálculo usado para determinar la

carga vertical y el momento de flexiónen la salida de escape de un motordebido al peso del adaptador montadodirectamente en la salida de escape.

I = ½ del peso del fuelle

Con tornillería Caterpillar: W = 2,9 kg (6,4 lb)

I = 0,6 kg (1,4 lb)

J = 4,8 kg (10,7 lb)La Figura No. 11 muestra los

puntos de medición para variasdistancias cuando se calculan lasfuerzas y los momentos en elturbocompresor.

h1 = 0

h2 = 100 mm (3,9 pulg)

h3 = 580 mm (22,8 pulg)

Fuerzas: Este ejemplo asume un motor 3516

de gas con una salida de escape.

FW = 28 N (6,4 lb)

FI = 6 N (1,4 lb)Escape vertical FJ = F x g = 4,8 X 9,82 = 47 N (10,7

lb)W = Peso del adaptador

I = 1/2 del peso del fuelle Suma de las fuerzas verticales g = gravedad = 9,82 m/s (32,2 pies) FV = FW + FI + FJ =

28 + 6 + 47 =81 N (18,5 lb)

Con tornillería Caterpillar: W = 2,9 kg (6,4 lb)

Suma de momentos I = 0,6 kg (1,4 lb)M = (h1 x FW) + (h2 x FI) +(h3 x FJ) =(0 x 28) + (0,100 x 6) + (0,580 x 47) =

27,9 N•m (20,8 pie-lb)

Fuerzas:

FW = W x g = 2,9 x 9,82 =28 N (6,4 lb)Debido a que para este modelo de

motor específico, FV < 111 N (25 lb) yM < 120 N•m (89,5 pie-lb), el sistemade escape cumple con los requisitosde carga y momento.

FI= I x g = 0,6 x 9,82 =6 N (1,4 lb)

Suma de las fuerzas verticales FV = FW + FI = 28 + 6 =

34 N (7,8 lb)

Suma de momentos: M = (h1 x FW) + (h2 x FI) =

(0 x 28) + (0 x b) =

0 N•m (pie-lb)Debido a que para este modelo de

motor específico, FV < 111 N (25 lb) yM < 120 N•m (89,5 pie-lb), el sistemade escape cumple con los requisitosde carga y momento.





Escape vertical y horizontal

Figura No. 11





Transmisión de la vibraciónLa tubería conectada a motores fijos

requiere aislamiento, especialmentecuando se usan soportesamortiguados. Sin aislamiento, las

tuberías pueden transmitir vibracionesen distancias largas. Los soportesaislantes de tubería deben tenerresortes para atenuar las frecuenciasbajas, y caucho o corcho paraminimizar las transmisiones defrecuencia alta.

Figura No. 12

Para evitar la acumulación devibraciones de resonancia en latubería, sostenga los tramos largos dela tubería en distancias desiguales,

como se muestra en la Figura No. 12.Descarga del escape

Las salidas de escape, ya sea através del tubo de escape o conjuntode tubos de escape, deben estardiseñadas para asegurar que elescape del motor se descargará demanera que los gases no recircularánni serán tomados de nuevo en elentorno del motor. Los filtros de aire

del motor, los turbocompresores y losposenfriadores pueden contaminarsecon los productos de combustión,como hidrocarburos y hollín. Estacontaminación puede llevar a variasmodalidades de falla.

La recirculación de gas de escapecaliente también puede afectar de

manera negativa la capacidad del aireambiente de la instalación. Esto puedeocurrir cuando el aire, a temperaturamayor que la del aire ambiente, fluye através de los sistemas de enfriamiento

equipados con radiador. Las FigurasNo. 13 a laNo. 17 muestran laconfiguración de los sistemas detubería de escape típicos que evitan larecirculación.

Tubo de escape comúnEl gas de escape puede conducirse

a través de un tubo especial quetambién sirve como la salida de airede descarga del radiador, y este tubopuede estar insonorizado. En estoscasos, el aire de descarga del radiadoringresa por debajo de la entrada degas de escape, de modo que elaumento de aire del radiador tiende aenfriar los componentes del sistemade escape dentro del tubo. Vea lossiguientes gráficos.

El silenciador puede ubicarse dentrodel tubo de escape o en el cuarto delmotor con el tubo trasero

extendiéndose a través del tubo deescape y luego hacia el exterior.Deben instalarse álabes conductoresde aire en el tubo de escape paraenviar la descarga del radiador haciaarriba y reducir la restricción de flujode aire del ventilador del radiador.Como alternativa, el recubrimiento deinsonorización puede tener uncontorno curvo para enviar el flujo deaire hacia arriba.

El tubo de escape permanecerá másfrío y limpio si el gas de escape delmotor permanece dentro de la tuberíade escape en todo su recorrido hastael tubo de escape. Si la tubería deescape termina antes de la salida deltubo de escape, el aire de ventilacióndescargado tenderá a enfriar el flujo





descendente del tubo de escape en elpunto donde se mezcla con los gasesde escape.

Módulo de potencia o contenedordrop over

Para un grupo electrógeno contenidoen un módulo de potencia o en uncontenedor drop over, las descargas

del escape y el radiador deben fluir juntas, ya sea por encima o por debajodel contenedor sin tubo de escape.

Esta configuración, como se muestraen la Figuras No. 15 y No. 16, evitarála recirculación de los gases deescape de vuelta al módulo ocontenedor. Algunas veces, para estepropósito, el radiador puede montarsehorizontalmente, con un ventiladorimpulsado por un motor eléctrico para

descargar el aire verticalmente.

Figura No. 13

Observe que la configuración delventilador de succión en la Figura No.17 no proporciona aire de enfriamientoadecuado al generador. Para estaconfiguración se requiere una fuenteseparada de aire de enfriamiento delgenerador.

La Figura No. 13 es un ejemplo deun silenciador de escape de montajehorizontal con la tubería de escape yel aire del radiador usando un tubo deescape común.

Figura No. 14

La Figura No. 14 es un ejemplo deun silenciador de escape de montajevertical con la tubería de escape y elaire del radiador usando un tubo deescape común.





Sistema de escape típico de módulo de potencia o de contenedor dropover

con silenciador interno

Figura No. 15

Sistema de escape típico de módulo de potencia o de contenedor dropover

con silenciador externo

Figura No. 16





Limpieza durante lainstalación

Durante el armado de un sistema deescape, todos los orificios delturbocompresor deben cubrirse con

una plancha protectora identificablepara evitar la entrada de escombrosen el turbocompresor. La cubiertausada en el envío suministrada porCaterpillar puede utilizarse para estepropósito. Ésta puede instalarsedirectamente en la salida de la caja dela turbina. También debe ponerse unaetiqueta de advertencia en la planchao la cubierta indicando que debequitarse antes del arranque del motor.

Babeo o apilamiento húmedoEl babeo del sistema de escape es

el fluido aceitoso negro que puedeescaparse por las juntas del sistemade escape. Se compone decombustible y/o aceite mezclado conhollín del interior del sistema deescape.

La fuga de aceite puede ser elresultado del desgaste de las guías de

válvula, los anillos del pistón o de lossellos del turbocompresor. La fuga decombustible generalmente ocurre porproblemas de combustión.

Los motores están diseñados paraoperar bajo carga. La operaciónprolongada del motor sin carga o concarga ligera (menos del 15% de carga)reduce la capacidad de sellado de

algunos componentes integrales delmotor, incluso cuando el motor esnuevo.

Si ocurre babeo, las señalesexternas serán evidentes, a menosque el sistema de escape estécompletamente sellado.

El babeo del sistema de escapegeneralmente no es perjudicial para elmotor, pero los resultados pueden serinaceptables y desagradables para la

vista.Si se requieren períodos largos de

operación del motor sin carga o conpoca carga, el efecto inaceptable delbabeo del motor puede evitarse si secarga el motor al menos 30% de lacarga nominal duranteaproximadamente diez minutos cadacuatro horas. Ésto eliminará cualquierfluido acumulado en el múltiple deescape. Para minimizar el babeo delescape, es importante que el motor sedimensione correctamente para cadaaplicación.





Sistemas de escape para aplicaciones específicasAlgunas aplicaciones de motores

tienen más retos de instalación queotras. Las instalaciones marinas, por

ejemplo, tienen muy poco espacio yrequieren mayor protección para evitarla entrada de agua al sistema deescape.

La información que se presenta acontinuación aborda algunos de estosretos y puede aplicarse eninstalaciones marinas y en algunasterrestres.

Sistema de escape seco para

aplicaciones marinasEl sistema de escape seco paraaplicaciones marinas, en general, essimilar al sistema de escape terrestrey estará sujeto a las mismasconsideraciones de diseño del sistemade escape, como se explicó en estasección.

La Figura No. 17 muestra unainstalación de un sistema de escapemarino típico que tiene en cuenta las

siguientes consideraciones:• La tubería de escape está

soportada directamente encimade la salida de escape delmotor, de modo que no haycarga externa del motor o delturbocompresor.

• La tubería de escape funcionade manera simple y directa, conun mínimo de curvas para

minimizar la contrapresión delsistema.

• La sección intermedia de latubería se sostiene con ungancho de resorte para permitirel movimiento debido a laexpansión térmica y para

minimizar la transmisión devibración.

• La tubería de escape tiene un

sistema de drenaje pararecoger y eliminar el agua quepuede ingresar a la tubería.

Sistema de ventilaciónautomática del expulsor delsistema de escape marino

Un sistema relativamente simple queusa un escape del motor para ventilarel cuarto del motor puede configurarsecon la mayoría de sistemas de

escape. Puede instalarse un sistemade conductos alrededor de la tuberíade escape del motor, de modo que elflujo de escape cree un vacío, usadopara hacer fluir el aire caliente haciaafuera de la parte superior delcompartimiento del motor. Éstemétodo se ha usado exitosamente enaplicaciones marinas en cuartos demotores pequeños y con requisitos deventilación mínimos.

Un sistema expulsor de escapepuede hacer fluir una cantidad de airede ventilación aproximadamente igualal flujo de gas de escape. Las FigurasNo. 18, No. 19 y No. 20 muestran lasvariaciones de este diseño.

Nota: Para diseñar un sistemaexpulsor de escape exitoso, debepermitirse que el aire ingreselibremente al cuarto del motor.

Pautas de diseño deconductos

Para determinar el área delconducto, una regla útil general es:

Usar 10 cm2 de área transversal delconducto por kilovatio del motor y nomás de tres curvas de ángulo recto.





Usar 1,25 pulg2 de área transversaldel conducto por kilovatio del motor yno más de tres curvas de ángulorecto.

Si se requieren más curvas de

ángulo recto, aumente el diámetro untamaño de tubería.

Para obtener mejores resultados, losorificios del aire de admisión debendescargar aire frío en el cuarto delmotor, cerca del nivel del suelo.Después de que aumenta latemperatura del aire de admisión porel contacto con las superficiescalientes del compartimiento delmotor, envíe el aire de ventilación

afuera desde un punto directamentesobre los motores, cerca de la partesuperior del cuarto del motor.

Ubique el expulsor en el sistema deescape justo antes de la descarga delescape a la atmósfera para evitarcontrapresión en la mezcla de gas de

escape y de aire caliente a través decualquier longitud de tubo de escape.Cualquier curva en el tubo de escapemás allá de la mezcla puede afectarseriamente el rendimiento del sistema.

Además, el tubo de escapepermanecerá más frío y limpio si elescape del motor se mantiene dentrode la tubería de escape todo el tramohasta el tubo de escape. El aire deventilación de descarga tenderá aenfriar el flujo ascendente del tubo deescape en el punto donde se mezclacon los gases de escape.

Los expulsores de escape son másefectivos en embarcaciones con un

sólo motor de propulsión. Eninstalaciones de varios motores, si unmotor se opera a carga reducida, elflujo de aire del expulsor del motor concarga reducida puede devolverse,llevando el gas de escape del motorcon más carga al cuarto del motor.





Sistema de escape seco marino típico

Figura No. 17





Ejemplo de sistema expulsor de escape

Figura No. 18






Figura No. 19






Figura No. 20





Sistema de escape húmedomarino

Los sistemas de escape húmedomezclan los gases de escape con elagua de mar descargada desde el

lado de agua de mar delintercambiador de calor de agua de lacamisa del motor. En la Figura No. 21 se muestra un ejemplo de un sistemade escape húmedo.

La tubería del sistema de escapehúmedo puede enfriarse lo suficientepara usar caucho o plástico reforzadode fibra de vidrio aislado (FRP).

La humedad de los gases de escape

y el agua de mar se descarga desde elbote sobre el nivel de agua de las

embarcaciones o ligeramente pordebajo.

Con una diferencia de elevaciónrelativamente pequeña entre el codode descarga de escape del motor y el

nivel de agua de las embarcaciones,es difícil diseñar un sistema que evitedel todo la entrada de agua del motora través del sistema de escape.Aunque hay disponible un número decomponentes de escape patentadospara ayudar a evitar este problema,los métodos genéricos más comunesson los elevadores del sistema deescape y los silenciadores delevantamiento de agua.

Sistema de escape húmedo que usa codos de escape seco en la descargade escape del motor

Figura No. 21

1. Protector térmico del turbocompresor 2. Conexión de tubería flexible

3. Codo (el radio de giro de línea central debeser mayor o igual que el diámetro de latubería)

4. Aislamiento (no debe restringir la flexibilidadde la conexión de tubería flexible)

5. Codo (mínimo 15° con anillo de descarga deagua)

6. Manguera de escape7. Tubería de escape de conexión

8. Tubería de descarga

9. Tubería de sobrecarga

10. Conexión de descarga de agua sin procesar

11. Soporte de la estructura superior





Elevadores de escapeUna forma de minimizar la entrada

de agua al motor por el contraflujo enel sistema de escape húmedo es teneruna tubería de escape con una

pendiente descendente pronunciada,flujo abajo del motor. Vea la FiguraNo. 22.

Figura No. 22

Los elevadores de escape son tubosque elevan los gases de escape, loque permite una pendientepronunciada en la tubería de flujodescendente.

Los elevadores deben aislarse otener una camisa de agua paraproteger al personal delcompartimiento del motor de las altastemperaturas del gas de escape delelevador. El agua de mar no seinyecta en los gases de escape hastaque fluyen corriente abajo desde laparte superior del elevador, de modoque la parte con pendienteascendente del elevador se calienta

peligrosamente si no se aísla o notiene una camisa de agua.

El peso de los elevadores fabricadoslocalmente (no proporcionados porCaterpillar) debe ser soportado desdeel motor y la transmisión marina.Consulte la Hoja de Datos Técnicos

para conocer el momento de flexiónfija máxima de la conexión de escape.

No intente soportar el peso de loselevadores en la parte superior delbote o en la estructura de la cubierta.

Los elevadores vibrarán y se moveráncon el motor-transmisión. Loselevadores deben sostenerseindependientemente del casco de laembarcación para evitar la transmisiónde esas vibraciones en la estructuradel bote o en el área de pasajeros.Debe usarse una conexión flexibleentre el elevador y la tubería deescape montada en el casco parapermitir el movimiento de la

transmisión del motor durante laoperación.

Excepto para algunos motorespequeños, los elevadores de escapeno están disponibles de Caterpillar.Consulte con los fabricantes decomponentes de escape para obtenermás información de los elevadores deescape.

Silenciadores de

levantamiento de aguaOtra forma de minimizar la

posibilidad de que entre agua al motorpor contraflujo del sistema de escapehúmedo es usar un silenciador delevantamiento de agua. En la FiguraNo. 23 se presenta un ejemplo desilenciador de levantamiento de agua.

Los silenciadores de levantamientode agua son tanques sellados ypequeños, instalados en la cubiertadel compartimiento del motor. Lostanques tienen dos conexiones, unaconexión de entrada y una de salida.Con frecuencia, también hay unapequeña conexión de drenajeadicional en la parte inferior. Latubería de la conexión de entrada





ingresa al tanque a través de la partesuperior o lateral.

La tubería de la conexión de entradano atraviesa las paredes del tanque.La tubería de la conexión de salida

ingresa a las paredes del tanque porla parte superior y se extiende a laparte superior del tanque, dondetermina en ángulo.

Silenciador de levantamiento deagua típico

Figura No. 23

A medida que la mezcla de agua demar y gas de escape ingresa en el

tanque desde la conexión de entrada,el nivel de agua aumenta en el tanque.A medida que el nivel de aguaaumenta, la superficie del agua reducegradualmente el área de flujo de gasque ingresa en la tubería de descarga.La menor área de flujo de gasaumenta significativamente lavelocidad del gas. La velocidad alta delos gases que ingresan en la tuberíade salida divide finamente el agua. El

agua dividida finamente se transportaa la parte más alta de la tubería deescape como una niebla de gotas deagua.

Si no se sigue una buena práctica dediseño, se excederá fácilmente ellímite de contrapresión de escape delos motores.

La parte vertical (pendienteascendente) de la tuberíainmediatamente después de un flujodescendente del silenciador delevantamiento de agua debe diseñarse

como una banda transportadoraneumática, usando las altasvelocidades de gas de escape paralevantar las gotas divididas finamentede agua de mar a un punto desde elcual la mezcla de gas/agua puedadrenarse de forma segura a laconexión a través del casco de laembarcación.

El diámetro de la tubería entre elsilenciador de levantamiento de agua

y la parte más alta del sistema debepermitir una velocidad de flujo de 25,4m/seg (5.000 pies/min) de la mezclade gotas de agua y gas de escape,con el motor operando a carga yvelocidad nominales.

Si no se mantiene esta velocidad,las gotas de agua no permaneceránen suspensión. El agua tenderá a salirdel depósito del silenciador delevantamiento de agua como una

porción sólida de agua. Ésto hará quela contrapresión de escape sea lamisma de una columna de agua de laaltura de la tubería de descarga delsilenciador de la pendienteascendente.

Si la velocidad de la tubería dedescarga del silenciador de lapendiente ascendente se mantienepor encima de 25,4 m/seg (5.000pies/min), la contrapresión del escapeserá mucho menor.

Acción de las olas y sistemasde escape húmedos

Aunque los métodos analizadosanteriormente ayudarán a evitar laentrada de agua al motor a través delsistema de escape en circunstancias





normales, la acción de las olas puedeacarrear problemas adicionales. Lasolas, que golpean contra el orificio delsistema de escape del casco de laembarcación, pueden hacer que el

agua ingrese en el sistema de escapeSi las olas son severas o si el diseñodel sistema de escape lo permite, elagua puede llegar al motor. Puedepresentarse una falla prematura delturbocompresor o agarrotamiento delpistón.

Hay varias formas de disiparinofensivamente la energía cinética delas olas que ingresan al sistema deescape del motor.

El método tradicional de evitar laentrada de agua en un motor sin cargaes ubicar el motor lo más lejos posibledel nivel de agua, lo que evita que lasolas alcancen la altura del codo deescape. Aunque la elevación relativadel motor al nivel del agua es fija y nopuede cambiarse, es posible diseñarun sistema de escape que proteja elmotor del ingreso de agua.

Las características de dicho sistemade escape incluyen:

• Diferencia de elevación suficienteentre el nivel del agua y el puntomás alto de la tubería de escape

para evitar que incluso pequeñascantidades de agua ingresen almotor.

• Algún método para disipar laenergía cinética de las olas a

medida que ingresan a la tuberíade escape. Cuanto más efectivosea el método de disipación deenergía de las olas, menor seráel requerimiento de diferencia deelevación.

• En ningún caso, la diferencia deelevación entre el nivel del aguay el punto más alto de la tuberíade escape debe ser menor que560 mm (22 pulg).

Cámara de sobrecargaUna cámara de sobrecarga es una

división de la tubería de escape, cercadel motor, que tiene un extremocerrado, como se muestra en el Ítem 3 de la Figura No. 24. Cuando una olade agua ingresa a la tubería deescape y se mueve hacia el motor, elaire atrapado en la parte delantera dela ola se comprimirá en la cámara de

sobrecarga. La amortiguación del airecomprimido en la cámara desobrecarga obligará a que casi todaslas olas retrocedan.

Sistema de escape húmedo típico con un motor montado sobre el nivel delagua

Figura No. 24





1. Codo de escape enfriado por agua: el agua delmar enfría el codo, que se descarga en latubería de escape a través de la ranuraperiférico en el extremo del codo.

2. Conexión flexible de manguera de escape decaucho: Debe ser resistente al aceite y al

calor.3. Cámara de sobrecarga de contracorriente:

Evita que el agua de mar de las olas entrantes

llegue al escape del motor cuando laembarcación está en reposo.

4. Tubería de escape: Debe tener una gradienteligeramente descendente hacia el extremo dedescarga.

5. Plancha de cubierta de extremo: Debe

poderse quitar para propósitos de inspección ylimpieza.

Válvula en la descarga del escapeUna válvula ubicada donde la

tubería de escape sale del casco de laembarcación puede evitar la entradadel agua de las olas a la tubería deescape cuando el motor estáapagado. El mecanismo de la válvulano debe incluir ningún componenteque se apoye en un contactodeslizante para mantener laflexibilidad. Se ha probado que estaacción es problemática en unaatmósfera de agua salada y gas deescape. Una banda flexible deplásticos químicamente inertes puedeproporcionar acción de articulación.

Mangueras comparadas contuberías de escape rígidasEl peso y el calor del agua y los

gases de escape pueden hacer que latubería de escape no rígida se combeo deforme, dejando sitios bajos entrelos soportes de la tubería.

Si la pendiente de la tubería es muypoco profunda, el agua se acumularáen estos sitios bajos y reducirá el flujode gas de escape. Esto resultará encontrapresión excesiva de escape,humo, temperaturas altas de escapey, en casos más graves, a fallasprematuras del motor.

La manguera y otras tuberías norígidas deben sostenerseuniformemente en toda su longitud.

Ubicación del orificio dedescarga del escape

Todos los motores dieseleventualmente descargarán algo dehumo a través de sus sistemas de

escape. Quizá no cuando son nuevos,pero con seguridad sucederá cercadel final de su vida útil antes delreacondicionamiento. Ubique losorificios de descarga del escape lomás lejos posible de la popa y en loslados de la embarcación, si es posiblesobre el nivel del agua para minimizarel área del casco y de la cubiertaexpuesta a decoloración eventual.

El mejor sistema de escape para

minimizar el humo y el ruido es el queubica la salida del escape debajo delagua. Estos sistemas también debentener una salida pequeña sobre latrayectoria del nivel del agua para elescape cuando el bote no se mueve.Debe tenerse cuidado cuando sediseñan sistemas de escapesubmarinos para mantener lacontrapresión dentro de los límites.

Válvulas en las tuberías deenfriamiento de agua de escape

Nunca use válvulas o desconexionesde ningún tipo en las tuberías quesuministran agua de enfriamiento a lasconexiones de escape enfriadas poragua.





El agua de enfriamiento que seinyecta en el flujo del gas de escapeno debe interrumpirse, por ningunarazón, mientras el motor está enoperación. Sin un suministro fiable de

agua de enfriamiento, la temperaturaalta de los gases de escape causarádeterioro rápido y severo de la tuberíade escape plástica o de caucho, conconsecuencias potencialmentedesastrosas.


sistemas de escape

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