depois de detalharmos os sistemas de admissao de um motor  chegou a hora de irmos para a outra extremidade de fluxo  o sistema de escape  enquanto o primeiro e o responsavel por levar a mistura fresca ate o cilindro  o segundo e responsavel por conduzir os gases de combustao para fora do motor da forma mais eficiente possivel  e com as cada vez mais restritivas leis de emissoes  o sistema de escape tambem e responsavel por tratar os gases de combustao para que estes nao sejam tao nocivos a atmosfera     sabemos que atualmente quase todos os motores produzidos para equipar carros possuem quatro tempos de operaçao  admissao  compressao  combustao e exaustao  ate ai nenhuma novidade  porem  com o avanço no desenvolvimento dos motores a interaçao entre o fim e o inicio do ciclo ficou bem maior   onde os tempos de escape e admissao se cruzam  esta interaçao começou a ser tratada como um quinto tempo do ciclo  pois e neste tempo que os gases de escape induzem a admissao da mistura fresca antes mesmo que o pistao alcance o ponto morto superior  pms   e uma extremidade puxando a outra   como e por que os gases de escape induzem a admissao e quais os ganhos que esse fenomeno pode trazer sao parte do nosso assunto de hoje     o tamanho que faz diferença   os gases resultantes da combustao estao contidos dentro do cilindro em temperatura e pressao bastante altas  quando a valvula se abre  um pulso supersonico  voce leu certo  supersonico  percorre todo o duto e arrasta consigo a massa de gases que tem velocidade muito menor  mas que ainda assim carrega uma quantidade enorme de energia  entao se ajustarmos o comprimento e o diametro do coletor para aproveitarmos estas caracteristicas de escoamento  teremos ganhos significativos de eficiencia volumetrica   agora vamos entender o efeito de arraste  esse fenomeno se baseia na primeira lei de newton  todo corpo possui uma massa   neste caso o gas de combustao  e toda massa que inicia ou cessa um movimento tende a se manter parada ou em movimento  respectivamente  e o fenomeno que chamamos de inercia  esta inercia e a responsavel por grande parte do vacuo gerado pelos gases no instante em que eles deixam o cilindro  e esse vacuo literalmente suga a mistura fresca que esta no coletor de admissao no momento em que ocorre o cruzamento do comando de valvulas — aquele curto momento em que as valvulas de admissao estao começando a abrir e as de escape ainda nao se fecharam   quanto maior for a velocidade de saida dos gases maior sera a inercia destes e maior sera o vacuo formado  porem temos que atentar aos limites  pois grandes velocidades em qualquer fluxo geram muita turbulencia  e ela cria uma resistencia ao fluxo que e proporcional ao quadrado da velocidade de deslocamento  por isso  com o aumento da resistencia crescem tambem as perdas por bombeamento  pois o motor gasta mais energia para conseguir expulsar os gases   entao a soluçao seria operar com velocidades mais baixas  nao e bem assim que as coisas funcionam       se observarmos o diametro do duto de forma isolada  realmente teriamos uma soluçao  porem ele se soma ao comprimento do duto  que determina um volume de gas que fica contido ali  quanto maior for o diametro ou o comprimento  maior sera o volume de gas daquele trecho e consequentemente maior sera a sua inercia  para facilitar a visualizaçao desta inercia  lembre se de que os gases sao fluidos   entao maior sera quantidade de energia gasta inicialmente para tirar aquela massa da inercia  assim tambem temos um aumento da perda por bombeamento se o diametro do duto for muito grande  lembrem se que o fluxo de um motor nao e continuo  mas sim pulsatil  cada cilindro tem seu ciclo que se inicia e finaliza  em um determinado momento  por tanto a massa de gas contida no duto se move e para tambem em ciclos  de forma intermitente  nao e algo continuo   dessa forma temos que buscar uma medida para o diametro dos dutos primarios  com a finalidade de fazer o coletor operar da forma mais eficiente  varios estudos praticos revelaram que as velocidades de escoamento ideais para que possamos aproveitar bem o arraste dos gases ficam entre 85 e 91 m/s  306 e 327 km/h    entao o diametro do duto deve ser tal que a velocidade minima seja alcançada na rotaçao alvo para o pico de torque que se deseja no projeto     vamos fazer um passo a passo dos calculos usando dados de um motor para facilitar o entendimento de como toda essa magia negra acontece   nosso motor tem quatro cilindros  diametro de 87 5 mm  curso de 83 1 mm e 1 999 cm³ de deslocamento  vamos estabelecer a rotaçao alvo do pico de torque a 5 500 rpm  a essa rotaçao o motor tem uma vazao de 95 litros por segundo ou 0 095 m³/s  para encontrarmos a area da secçao transversal do duto precisamos dividir a vazao pela velocidade  entao     desta forma descobrimos que a area de secçao transversal do duto e de 0 001114 m² ou 11 14 cm²   agora precisamos encontrar o diametro a partir da area  entao     encontramos um diametro interno de 3 76 cm ou 37 6 mm  o tubo comercial com diametro mais proximo e o de 38 mm com paredes de 1 mm  assim nosso diametro interno final e de 36 mm o que nos da uma area efetiva de 0 0010 m²     o pulso de escape  que tambem e conhecido por blow down exhaust  tem velocidade que varia entre 580 e 642 m/s  a velocidade de deslocamento esta relacionada diretamente a temperatura de saida dos gases  quanto maior for a temperatura maior sera a velocidade do pulso   se quisermos aproveitar o efeito do pulso de deslocamento temos de conhecer um pouco mais sobre ondas e ressonadores  de forma bastante simples  uma onda e uma sequencia de pulsos  quando uma sequencia de pulsos se desloca atraves de um duto a massa contida nele apresenta uma resistencia ao deslocamento  essa resistencia e chamada de impedancia acustica  ja falamos sobre ela aqui  e ela muda de acordo com o volume contido num determinado trecho de duto que mantenha a mesma secçao transversal   porem os dutos  assim como qualquer outro elemento acustico  apresentam uma frequencia natural na qual a massa de gas que esta dentro deles oscila juntamente com a fonte geradora de sinal  trazendo ganhos de energia para a onda  essa frequencia natural oscilaçao e chamada de frequencia de ressonancia     um dos modelos de calculo mais precisos para encontrarmos o comprimento dos dutos e aquele baseado no ressonador de helmholtz  a foto acima mostra um ressonador desse tipo  ele e composto basicamente por uma camara e um pescoço  exemplos comuns desse tipo de ressonador sao garrafas que voce sopra e ela emite um som  ou flautas de pa  aquelas indigenas    aplicando o conceito do ressonador a um motor de combustao  a camara seria o cilindro e o pescoço o duto de escape  sendo assim  precisamos determinar o comprimento do pescoço para que o sistema entre em ressonancia numa determinada frequencia  que  neste caso  e a rotaçao alvo do pico de torque  a formula de calculo do ressonador e apresentada abaixo     onde   l → comprimento do duto  cm ;  c → velocidade do som no duto;  k → constante da frequencia de ressonancia do duto ;  a → area da secçao transversal do duto;  v → volume do cilindro  desta forma precisamos dos seguintes dados para determinar o comprimento do duto  o volume do cilindro  0 000499 m³   a area da secçao transversal do duto  0 0010 m²   a velocidade do som no duto  627 m/s   a rotaçao alvo  5 500 rpm   e a constante de ressonancia  que deve ser de 4 65 para rotaçoes abaixo dos 2500 rpm e de 2 1 para rotaçoes acima desse regime   entao     encontramos assim o comprimento dos dutos primarios  sao 166 centimetros que se unem aos 36 cm de diametro interno para formarmos os dutos primarios  e importante saber que este valor encontrado equivale ao comprimento total do duto primario  que inclui o trecho do duto do proprio cabeçote  por isso  para sabermos o comprimento dos dutos a serem fabricados usando tubos temos que subtrair o comprimento do duto no cabeçote do comprimento total  por exemplo  se o duto medido da sede da valvula ate o flange do cabeçote tem 10 centimetros de comprimento  subtraimos esse valor dos 166 centimetros e teremos um coletor com dutos primarios de 156 cm     com o avanço das pesquisas na area de sintonia de ondas descobriu se que mudanças de diametro nos dutos primarios tambem causam a reflexao de parte da energia do pulso original e desta forma os ganhos se estendem por uma faixa de rotaçoes maior  estes tipos de coletores sao chamados de stepped headers   coletor em degraus  numa traduçao livre     outra configuraçao de coletor que utiliza o mesmo principio de multiplos diametros e o chamado  triplo y   este tipo de coletor se vale de multiplas junçoes para criar pontos de reflexao estendendo a faixa de ganhos para baixo  ao contrario dos stepped head que ampliam a faixa de torque para cima   o diametro tanto do degrau de um coletor do tipo stepped quanto dos dutos secundarios de um triple y deve ser o equivalente ao dobro da area de um duto primario  a partir dai devemos seguir a mesma sequencia de calculos aplicada para se determinar os dutos primarios  entretanto  o comprimento dos dutos secundarios deve ser preferencialmente de 1/3 do comprimento calculado  desta forma aproveitaremos o terceiro harmonico da onda fundamental  pois ele e o harmonico que apresenta as menores perdas em relaçao a onda fundamental  aplicamos essa regra por questoes de dimensionamento  porque fabricar um coletor com mais de quatro metros de comprimento seria inviavel     junçoes   as junçoes de dutos sao cruciais num coletor  pois nelas acontece a primeira reflexao do pulso de escape  ali tambem ha a uniao do fluxo de pelo menos dois dutos para seguir o caminho restante  portanto estas junçoes devem ser confeccionadas da melhor forma a garantir as menores perdas   a foto acima mostra uma junçao 4x1 ideal  as curvas sao suaves e convergem para um nozzle que tem uma area de entrada menor que a area dos quatro dutos somados  essa configuraçao reacelera o fluxo  reduzindo as perdas e ajudando a arrastar os gases que se encontram nos outros dutos da junçao     coletores para turbocompressores   o ideal para a turbina e que os pulsos ocorram a cada 240⁰  mas os motores de quatro cilindros apresentam um ciclo de pulsos sincronos a cada 180⁰  entao manter o mesmo comprimento para todos os dutos primarios e um diametro que garanta uma boa velocidade ao fluxo sao essenciais para que haja uma boa recuperaçao de energia termica por parte da turbina  as mesmas formulas usadas acima sao aplicaveis aqui  devendo  apenas  a vazao de gases ser corrigida em funçao da nova eficiencia volumetrica induzida pelo turbocompressor     altura do solo   um dos grandes problemas para um projeto desse tipo e a altura livre do solo  para coletores tipo 4x1 os dutos primarios podem ser alinhados numa junçao horizontal  entretanto esse tipo de junçao aumenta significativamente a area de entrada o que aumenta as perdas por bombeamento  outra soluçao e o uso de tubos oblongos com uma area de transiçao  assim a altura livre aumenta e a area dos dutos nao e comprometida     materiais   o aço carbono e o material mais utilizado na confecçao de escapes  pois seu preço e mais baixo quando comparado a outros metais  entretanto ele apresenta um alto nivel de oxidaçao e desgaste  nao sendo assim a melhor das opçoes   o aço inoxidavel apresenta o melhor custo beneficio por ter baixissimo nivel de oxidaçao  o tipo de aço mais utilizado nesse caso e o aisi 304  porem a concentraçao de carbono dessa liga acaba fragilizando a em temperaturas muito altas devido a corrosao intergranular  entao para a faixa de temperaturas encontradas nos gases de escape o recomendavel e utilizar tubos de liga aisi 304l  esta liga tem baixa concentraçao de carbono  no maximo 0 03%  o titanio ti 6242 e um dos melhores  e mais caros  materiais  normalmente utilizado em sistemas de escape de competiçao e superesportivos  apresenta altissima resistencia a oxidaçao e corrosao  alem de uma grande resistencia mecanica o que permite a utilizaçao de tubos com paredes mais finas  mas o grande problema voces devem imaginar  o preço   por ultimo temos o inconel 625  usado em escapes da formula 1  indy e wec  serious business  bitc#   essa liga tem propriedades incriveis e altissima resistencia a fadiga gerada pelo estresse termico  so tem um pequeno probleminha    se o titanio e caro  o inconel e estratosfericamente mais     pareamento   um dos grandes problemas da instalaçao de um sistema de escape e o pareamento dos dutos  o pareamento serve para unir os dutos de escape de forma cooperativa  mantendo o espaçamento de 270⁰ entre os pulsos  por isso normalmente vemos a combinaçao 1 4 / 2 3 em motores quatro cilindros  a grande dificuldade de pareamento acontece em motores com duas ou mais bancadas de cilindros  a exemplo dessa dificuldade de pareamento vamos analisar um v8 tradicional     os motores v8 com virabrequim de plano cruzado normalmente tem a seguinte ordem de igniçao 1 8 4 3 6 5 7 2  entao o banco esquerdo de cilindros tem o espaçamento entre os pulsos de 270⁰  180⁰  90⁰  180⁰ e o banco direito  de 90⁰  180⁰  270⁰  180⁰  vemos claramente que os pulsos sao assincronos  essa caracteristica causa a sobreposiçao dos pulsos e consequentemente o aumento da back pressure  entao usamos um coletor triplo y  pareando os cilindros da seguinte forma  banco esquerdo 1 5 e 3 7  banco direito 2 4 e 6 8  dessa forma passamos a ter um espaçamento de 450⁰  270⁰ entre os pulsos   podemos observar pela ordem de igniçao  que em determinados momentos temos dois pulsos seguidos em uma bancada e nenhum na outra  esse evento causa um desbalanceamento de fluxo entre os bancos de cilindros  para compensar essa diferença sao utilizados tubos que ligam as bancadas  estes podem ser retos chamados de  tubos h  ou cruzados  tubos x   ha uma diferença significativa entre estes tubos de balanceamento  a capacidade de arraste de cada um     os tubos h permitem que os pulsos disparados pelos cilindros tambem alcancem a outra bancada  porem devido a sua ligaçao em 90⁰ a parede do tubo principal a transferencia de energia acaba sendo mais baixa  tambem por conta do angulo de ligaçao reto  o arraste inercial tambem e baixo     os tubos x sao a evoluçao do modelo anterior e apresentam uma grande quantidade de energia transferida entre as bancadas  isso acontece porque o angulo de ligaçao e agudo  fato que acaba favorecendo o retorno do pulso refletido assim como ao arraste inercial     catalisadores   os catalisadores sao responsaveis pela oxidaçao do monoxido de carbono  transformando o co em co₂  e pela reduçao dos oxidos de enxofre  convertem nox em n₂   para isso os catalisadores possuem tres vias de conversao formadas por metais nobres  platina  pt   paladio  pd  e rodio  rh   por conta destes metais a substituiçao de um catalisador e extremamente dolorosa ao bolso     conversores cataliticos sao de suma importancia para o controle de emissoes  porem os modelos originais dos veiculos apresentam grande restriçao ao fluxo quando o assunto e performance  entao a soluçao e retirar substituir o catalisador por outro de alta performance  estes modelos possuem uma area efetiva igual ou superior a area de admissao  deixando de ser uma restriçao  porem os catalisadores sao prejudiciais aos pulsos de escape  pois sua colmeia acaba aniquilando a energia do pulso  por isso nao vemos catalisadores em carros de rali por exemplo     isolamento termico   como ja vimos  a temperatura dos gases na saida do cilindro e muito alta  porem  devido a expansao e a transferencia de calor para as paredes dos dutos  os gases resfriam e com isso perdem velocidade   resultando em aumento das perdas por bombeamento  como nao podemos evitar as perdas por expansao  nos resta reduzir a transferencia termica utilizando isolantes termicos na parte externa dos dutos   o isolamento mais comumente utilizado e a manta termica feita de la de rocha ou la de vidro  sao popularmente chamadas de  termotape   apresentam baixa condutividade termica  pouco desgaste em temperaturas elevadas  ate 900 ⁰c em ciclo continuo e 1200 ⁰c de modo intermitente  e baixo custo  so tome muito cuidado se for fazer um diy pois em contato com a pele elas coçam mais que po de mico  recomendo  por experiencia pessoal  que  para manusear esse material  o amigo utilize luvas nitrilicas  de borracha   camisas grossas de algodao  calça e mascara respiratoria  porque fiapos se desprendem da fita e grudam pelo corpo principalmente nos braços   aos que sao alergicos e que mesmo assim querem insistir em fazer esse trabalho ou aos que desejam um grau a mais de proteçao — para nao passar horas debaixo do chuveiro tentando acabar com a coceira  aqui esta a sugestao     existe um macacao plastico da dupont chamado tyvek® que serve como forno proteçao total e pode ser reutilizado para diversos outros serviços  como pintura por exemplo  ou num açougue  brincadeira   outro tipo de isolamento muito mais sofisticado  e caro  e a deposiçao ceramica por plasma  apesar de um nome que parece ter saido de um laboratorio de um cientista maluco  a tecnica em si e simples     particulas ceramicas  normalmente zirconia  sao propelidas por um jato de plasma  assim ganham temperatura e carga eletrica  ao se chocarem contra o metal  substrato  aderem formando uma barreira termoquimica nas paredes do tubo  essa tecnica e muito usada em turbinas  jatos de foguetes e nos coletores da f1 ate a decada de 1980     entao meus amigos  estes foram os segredos que eu pude passar sobre a magia negra do sistema de escape  na proxima parte falaremos sobre escapes para motores dois tempos  silenciadores e sobre uma calculadora muito pratica e bacana que estou preparando para voces  ate la