Contrapressão
Fluido passa através de uma tubagem devido à diferença de pressão entre as duas extremidades de uma tubagem. O fluido fluirá da extremidade de alta pressão para a extremidade de baixa pressão. Considere dois sistemas como mostrado na figura seguinte. O fluxo em cada caso é causado por uma diferença de pressão entre P1 e P2. O tubo 2 tem algumas obstruções (restos de solda, um redutor, mudanças de área, curvas acentuadas, etc.) que criarão uma queda de pressão resultando em menos descarga e um caudal reduzido.
A perda de pressão ou queda de pressão foi originalmente considerada como resultado de uma pressão exercida em sentido contrário pelas obstruções, cancelando ou reduzindo assim a pressão aplicada. Esta é a origem do termo contrapressão.
Um exemplo comum de contrapressão é a causada pelo sistema de escape (composto pelo colector de escape, conversor catalítico, silenciador e tubos de ligação) de um motor automóvel de quatro tempos, que tem um efeito negativo na eficiência do motor, resultando numa diminuição da potência que deve ser compensada pelo aumento do consumo de combustível.
Em um motor a dois tempos com pistão, a situação é mais complicada, devido à necessidade de evitar que a mistura combustível/ar não queimado passe directamente através dos cilindros para o escape. Durante a fase de escape do ciclo, a contrapressão é ainda mais indesejável do que num motor de quatro tempos, pois há menos tempo disponível para o escape e a falta de acção de bombeamento do pistão para forçar o escape para fora do cilindro. No entanto, uma vez que a porta de escape permanece necessariamente aberta durante algum tempo após a exaustão estar concluída, a mistura não queimada pode acompanhar o escape para fora do cilindro, desperdiçando combustível e aumentando a poluição. Isto só pode ser evitado se a pressão no orifício de escape for maior que a do cilindro.
Estas exigências conflitantes são conciliadas pela construção do tubo de escape com secções cónicas divergentes e convergentes para criar reflexos de onda de pressão que se deslocam para cima do tubo e são apresentados no orifício de escape. A porta de escape abre-se enquanto ainda existe uma pressão significativa no cilindro, que acciona a saída inicial do escape. Quando a onda de pressão do pulso do gás de escape viaja pelo tubo, encontra uma seção cônica divergente; isto faz com que uma onda de pressão negativa seja refletida de volta para o tubo, que chega ao orifício de escape no final da fase de exaustão, quando a pressão do cilindro caiu para um nível baixo, e ajuda a retirar o gás de escape restante do cilindro. Mais adiante ao longo do tubo de escape, a onda de pressão de escape encontra uma secção cónica convergente, e isto reflecte uma onda de pressão positiva de volta para cima do tubo. Esta onda é temporizada para chegar ao orifício de exaustão após a exaustão estar completa, “tapando” assim o orifício de exaustão para evitar derramamento de carga fresca e, na verdade, também pode empurrar para dentro do cilindro qualquer carga que já tenha derramado.
Desde que a temporização deste processo é determinada principalmente pela geometria do sistema de escape, que é extremamente difícil de fazer variar, a temporização correcta e, portanto, a eficiência óptima do motor só pode ser atingida numa pequena parte da gama de velocidade de funcionamento do motor.
Para uma descrição extremamente detalhada destes fenómenos ver Design and Simulation of Two-Stroke Engines (1996), do Prof. Gordon Blair da Queen’s University Belfast, pub. SAE International, ISBN 978-1-56091-685-7.