Contrapresión
El fluido fluye a través de una tubería debido a la diferencia de presión entre los dos extremos de una tubería. El fluido fluirá desde el extremo de alta presión hacia el extremo de baja presión. Considere dos sistemas como se muestra en la siguiente figura. El flujo en cada caso está causado por una diferencia de presión entre P1 y P2. La tubería 2 tiene algunas obstrucciones (restos de soldadura, un reductor, cambios de área, curvas pronunciadas, etc.) que crearán una caída de presión que dará lugar a una menor descarga y a una reducción del caudal.
La pérdida de presión o caída de presión se consideró originalmente como resultado de una presión ejercida en sentido contrario por las obstrucciones, anulando o reduciendo así la presión aplicada. Este es el origen del término contrapresión.
Un ejemplo común de contrapresión es la causada por el sistema de escape (que consiste en el colector de escape, el catalizador, el silenciador y los tubos de conexión) de un motor de cuatro tiempos de automoción, que tiene un efecto negativo en la eficiencia del motor, lo que resulta en una disminución de la potencia de salida que debe compensarse aumentando el consumo de combustible.
En un motor de dos tiempos con pistón, sin embargo, la situación es más complicada, debido a la necesidad de evitar que la mezcla de aire y combustible no quemado pase a través de los cilindros hacia el escape. Durante la fase de escape del ciclo, la contrapresión es aún más indeseable que en un motor de cuatro tiempos, ya que hay menos tiempo disponible para el escape y la falta de acción de bombeo del pistón para forzar el escape fuera del cilindro. Sin embargo, dado que el orificio de escape permanece necesariamente abierto durante un tiempo después de que se haya completado la evacuación, la mezcla no quemada puede seguir al escape fuera del cilindro, desperdiciando combustible y aumentando la contaminación. Esto sólo puede evitarse si la presión en el puerto de escape es mayor que la del cilindro.
Estos requisitos contradictorios se reconcilian construyendo el tubo de escape con secciones cónicas divergentes y convergentes para crear reflexiones de ondas de presión que se desplazan hacia atrás por el tubo y se presentan en el puerto de escape. El puerto de escape se abre mientras todavía hay una presión significativa en el cilindro, que impulsa la salida inicial de los gases de escape. A medida que la onda de presión del impulso de los gases de escape desciende por el tubo, se encuentra con una sección cónica divergente; esto hace que se refleje una onda de presión negativa hacia arriba en el tubo, que llega al puerto de escape hacia el final de la fase de escape, cuando la presión del cilindro ha descendido a un nivel bajo, y ayuda a extraer los gases de escape restantes del cilindro. Más adelante en el tubo de escape, la onda de presión de los gases de escape se encuentra con una sección cónica convergente, que refleja una onda de presión positiva que vuelve a subir por el tubo. Esta onda está programada para llegar al orificio de escape después de que se haya completado la evacuación, con lo que se «tapona» el orificio de escape para evitar el derrame de carga fresca, y de hecho también puede empujar de nuevo al cilindro cualquier carga que ya se haya derramado.
Dado que la sincronización de este proceso viene determinada principalmente por la geometría del sistema de escape, que es extremadamente difícil de hacer variable, la sincronización correcta y, por lo tanto, la eficiencia óptima del motor sólo puede lograrse en una pequeña parte del rango de velocidad de funcionamiento del motor.
Para una descripción extremadamente detallada de estos fenómenos, véase Design and Simulation of Two-Stroke Engines (1996), del profesor Gordon Blair de la Queen’s University Belfast, pub. SAE International, ISBN 978-1-56091-685-7.