Aprenda um pouco mais Sobre Turbocompressor.

02/04/2013 10:22

 

A conversão de motores originais de fábrica para motores turbinados é, hoje, uma das mais procuradas preparações de motor para veículos de rua. A principal razão disso é o fato de que essa conversão tem o melhor custo - beneficio se comparada a outros tipos de preparação, por isso a procura vem aumentando dia a dia.

Tudo começou em 1905. Observando algumas regras básicas da dinâmica gasosa, o Dr. Alfred J. Buchia, na Suiça, desenvolveu os primeiros estudos sobre o turbocompressor. 
Mas somente de 1909 a 1912 surgiram no mundo os primeiros motores equipados com turbo. Existem registros indicativos de que em 1910, numa corrida realizada na Flórida, o vencedor foi um carro de passeio de 6 cilindros, cujo motor era equipado com um supercompressor. Porém os estudos do Dr. Buchia, considerados muito avançados para a época, ficaram em compasso de espera por 18 anos.

Nas décadas de 30 e 40, as pesquisas do Dr. Buchia foram retomadas e passaram a ser aperfeiçoadas, pois existiam muitos problemas a serem solucionados. O objetivo era fazer com que a produção de turbocompressores passasse a ter economia de escala. Isto ocorreu primeiramente na Europa e depois nos E.U.A. Na segunda grande guerra, a General Eletric desenvolveu os turbocompressores para aplicação em aviões militares, dando ao sistema o status de importante recurso para a aviação de guerra. Atualmente, os turbos são utilizados em automóveis, caminhões, ônibus, equipamentos de agricultura, embarcações, aeronaves e têm muitas outras aplicações para transformação de energia.

Até há pouco tempo, a estrutura utilizada em carros turbo alimentados dificultava seu funcionamento em baixas rotações além da partida a frio. Isso porque o sistema utilizado era instalar o carburador na admissão da turbina, dificultando a passagem de combustível no momento da partida do motor e inviabilizando sua instalação para uso nas ruas. Para sanar este problema, foram feitas novas adaptações. Assim, o carburador passou a ser instalado após a turbina sanando o problema e permitindo o aumento da procura pela instalação de turbos.

 

Vantagens do Turbo Compressor

As vantagens da preparação que se utiliza de turbocompressores ficam por conta do aumento do torque disponível e do grande aumento de potência produzido pelo turbo. Outra vantagem do turbo é que torque e potência máximos são obtidos em regimes próximos aos do motor original, ao contrário da preparação aspirada.

A preparação turbo é indicada principalmente em motores de baixa cilindrada, como os de 1.000 cm3, pois eleva o torque disponível em praticamente todos os regimes, desde que a turbina utilizada tenha sido corretamente escolhida para este fim. Turbinas muito grandes fazem com que seu funcionamento efetivo seja sentido em rotações mais altas, enquanto as menores entram em ação mais cedo: neste caso o motor se comporta como se tivesse maior cilindrada, sobretudo por causa do torque disponível em baixos giros.

 

Como Funciona e Como é instalado o Turbocompressor

O turbocompressor pode ser instalado na maioria dos veículos (há raras exceções), podem ter sua pressão variando entre 0,5 e 0,7 bar (recomendado para carros de rua que tem uso rotineiro) e de 1,5 até 3,0 bar de pressão (preparação "andadera") para carros que possuem uma preparação boa para suportar toda essa "cavalaria". Normalmente são carros que já possuem cilindrada maior ou que já possuem outras preparações.

 

A Turbina(caracol) 
O turbo é um recurso que pode ser usado para tirar proveito de uma energia que seria desperdiçada. É um engano comum achar que a metade de escape do turbo (metade quente) é acionada unicamente pela energia cinética da exaustão batendo contra ele (como segurar um cata-vento de criança atrás do cano de descarga). Mesmo que a energia cinética do fluxo do escapamento realmente contribua para o trabalho do turbo, a grande maioria da energia transferida vem de uma fonte diferente. Tenha em mente a relação entre calor, volume e pressão quando falamos de gases. Alto calor, alta pressão, e baixo volume são todos estados de alta energia ; já baixo calor, baixa pressão, e grande volume são estados de baixa energia . Então nosso pulso de exaustão de gás sai do cilindro em alta temperatura e alta pressão. Ele se mistura aos outros pulsos de exaustão e chega na entrada do turbo - um espaço muito pequeno. Neste ponto, temos altíssima pressão e altíssimo calor, portanto nosso gás tem um altíssimo nível de energia. Quando ele passa pelo difusor e para dentro do corpo da turbina, vai de um lugar apertado para um lugar espaçoso. Assim, ele se expande, esfria, desacelera e libera toda a energia contra as pás da turbina, fazendo-a rodar. Pronto! Acabamos de recuperar alguma energia do calor do escapamento, que de outra forma teria sido perdida. Este é um efeito mensurável: coloque um termômetro na entrada e saída do turbo e você verá a tremenda diferença na temperatura. Mas o que isto significa de verdade? A princípio, a quantidade de trabalho que pode ser realizado através de uma turbina de escapamento é determinada pela diferença de pressão na entrada e saída (aumente a pressão na entrada do turbo, diminua a pressão na saída, ou faça os dois, e você tem mais potência). Pressão é calor, calor é pressão. Aumentar a pressão na entrada é possível, mas difícil. Diminuir a pressão na saída é fácil - simplesmente coloque um escapamento maior, sem resistências. É comum ouvir de pessoas que instalaram em seus veículos escapamentos esportivos o seguinte comentário: "meu turbo acelera mais rápido agora". Sim, isto porque baixando a pressão na saída, você aumenta a diferença de pressão e então o gás poderá expandir-se mais gerando mais energia. Esta energia gira as pás do turbo mais rapidamente. Não pense então que quem troca o escapamento de um carro o faz pelo barulho. Existem escapamentos esportivos tão silenciosos quanto o original. Só são menos restritivos.

Falamos sobre o "lado quente", do escapamento. Mas o turbo possui também um "lado frio", o lado do compressor. Vimos o que é um turbo, como a turbina do escapamento (lado quente) funciona, e agora nos voltamos para o lado do compressor do turbo. Se você conseguiu produzir trabalho a partir da expansão de um gás via turbina, pode-se imaginar que você pode comprimir um gás acionando o eixo da turbina com uma fonte de energia. Em outras palavras, o lado compressor é simplesmente o lado da turbina rodando invertido. Exatamente as mesmas leis se aplicam aí, só que agora ao contrário: pegamos um gás de baixa pressão, baixa temperatura trabalhamos sobre ele com as pás do compressor, e obtemos um gás de alta pressão, alta temperatura. Este aumento de temperatura é indesejado e vai nos trazer problemas mais tarde, mas logo falaremos sobre isso (Intercooler). Apesar do lado da turbina e o lado do compressor serem essencialmente semelhantes, eles não são exatamente iguais, e o motivo disso está relacionado à química da combustão. Um determinado volume de ar vai queimar uma exata quantidade de combustível, numa proporção de ar:combustível de aprox. 14:1. O volume de exaustão produzido é muito maior do que o volume de ar usado para criá-lo e a pressão resultante é muito maior do que a pressão de entrada poderá ser; por isso o desenho da roda e compartimento são completamente diferentes. O que nos leva ao projeto da turbina/compressor.As turbinas são impressionantes. Elas são leves, e MUITO eficientes, mas tendem a sofrer com variações de RPM. Assim, uma turbina/compressor é muito eficiente numa certa capacidade de RPM/fluxo, mas se você varia demais o RPM do eixo, a eficiência diminui. Acelere demais, e as lâminas da turbina cavitam e sofrem um "stall" aerodinâmico; resultado: o fluxo cai. Muito devagar, as lâminas não estão "mordendo" ar suficiente e o fluxo também cai. Veja este exemplo. O Tanque M1A1 Abrams pesa perto de 55 toneladas, muitas das quais em blindagem. (Aço e Urânio) Ele possui um motor turbo que produz 1800 HP medidos nas rodas... hmmm, esteiras, o que é suficiente para mover o monstro a uns 120 Km/h . A turbina é fantasticamente pequena, e pesa entre 150 a 200 Kg . Comparada ao peso do tanque, parece nem existir. Entretanto, o desenho da turbina foi otimizado para trabalhar em "PNF" ("Pé No Fundo"): Com PNF, a turbina tem consumo de gasolina equivalente a um diesel na mesma potência, mas na lenta, a eficiência da turbina cai ao ponto de o consumo (por minuto de funcionamento) ser **maior** na lenta do que com PNF!!! As turbinas são fantásticos geradores de potência para veículos que funcionam num RPM constante todo tempo - como tanques, barcos, aviões, IndyCarss, etc. Para veículos que freqüentemente variam de rotação, elas exigem alguns acessórios, descritos mais adiante (BOV, Wastegate). Isto também explica porque o turbo do Mitsubishi Eclipse 2G tem o diâmetro menor do que os 1G. Foi recalculado para acelerar a ventoinha mais rapidamente, atingindo a rotação (e pressão) de trabalho mais cedo (acreditando-se que o turbo será usado na faixa de giro do motor de 2000 a 4500 RPM). Se você pretende usar o turbo numa faixa mais alta, digamos entre 2000 e 5300, o turbo maior do 1G estará melhor dimensionado. Isto falando do giro ideal, pois é óbvio que mesmo acima desta faixa o turbo ainda está ajudando.

 

Intercooler 
 

Uma dúvida muito freqüente se refere à utilização do intercooler e ou aftercooler. Aí vão algumas dicas e instruções. O intercooler é usado antes da turbina e o aftercooler é usado entre a turbina e o coletor de admissão. Os inter/aftercooler devem ser usados em motores turbo de alto desempenho, mas para motores com pressões até 0,8 quilo, principalmente a álcool, é um luxo desnecessário, porque o ar não aquece tanto assim (você pode fazer esta medição).

Um bom inter/aftercooler deve baixar a temperatura do ar em pelo menos 20 graus centígrados, e sua eficiência na pressão de trabalho é medida colocando-se um medidor diferencial entre entrada e saída, ou um medidor de pressão na entrada e outro na saída: essa diferença de pressões deveria ser zero, mas é muito difícil chegar nesta condição.

 

Válvulas 
Wastegate 
Trata-se da válvula responsável pelo controle de pressão da turbina e existem 4 tipos de válvulas wastegaste.

Quando a pressão é alta demais, essa válvula direciona parte dos gases de escape para fora da turbina, reduzindo a velocidade do rotor. Algumas turbinas já trazem essa válvula acoplada.

Blow off 
A válvula Blow off evita que alguns componentes sejam forçados com a pressão do turbo. Sem essa válvula, quando a borboleta do carburador ou a injeção se fecha, o ar produzido pela turbina não tem pra onde ir, forçando o eixo do carburador ou o corpo da injeção. Com a blow-off instalada, o ar que anteriormente causava danos vaza,eliminando o problema.

Válvula de Prioridade 
Tem a mesma função da blow-off, porém produz o som cracterístico do motores turbo convertidos: o "espirro". É a preferida pelos que  gostam de "espirrar" nas trocas de marcha. Fica geralmente instalada na tampa de pressurização.

Válvula Pop Off 
Essa é uma válvula de alivio diferente da wastegate : quando ela abre, limita a pressão da turbina.

 

O coletor 
O coletor do turbo deve ter uma geometria adequada. Revestir o coletor de escapamento, a parte quente do turbo e a parte inicial do escapamento em manta de amianto ajuda também a manter o cofre do motor e a parte fria do turbo -- o compressor - com temperatura mais baixa.


Perguntas frequentes sobre Turbo

Todo carro pode receber um kit de turbo? 
Sim. Salvo raras exceções, qualquer veículo pode ser turbinado. Os kits turbo contam com um coletor de escapamento que é feito sob medida, respeitando todos os outros componentes do motor, como alternador, compressor de ar condicionado, entre outros. Não há restrições quanto a injeção eletrônica de combustível. 

Qual a durabilidade de um motor turbinado? 
Se a estrutura do motor for respeitada e a pressão utilizada for compatível (entre 0,4 e 0,6 bar mantendo-se o combustível original) a vida útil não é alterada e o risco de quebra está afastado. É importante lembrar que o motor tem a mesma durabilidade de um motor naturalmente aspirado, que consiste em: uso, manutenção e combustível de boa qualidade. Existem relatos de veículos que rodaram mais de 100.000km com turbo, e rodam até hoje. O maior responsável pela durabilidade de um motor turbinado é o usuário.

É preciso abrir o motor ou trocar o combustível original para turbinar um carro? 
Não é necessário abrir o motor nem trocar o combustível original para turbinar um carro. Este procedimento só é necessário, na grande maioria dos motores, quando a pressão do turbo excede a 0,5 bar. 

Qual é a pressão ideal para se utilizar no turbo e qual é o ganho de potência? 
A pressão ideal e recomendada para a maioria dos motores é de 0,5 bar que proporciona em torno de 50% a mais de potência. 

Existe seguro para carros turbo? 
Sim. Veículos com turbo adaptados podem estar cobertos sem restrições. Existem companhias que aceitam esse tipo de seguro. Um bom corretor de seguros pode resolver isso. 

A instalação de turbo é proibida por lei? 
A lei proíbe a instalação de equipamentos e acessórios que alterem as características técnicas do veículo e o turbo, desde que utilize o combustível original e atenda às Leis de Emissões de Poluentes e de Segurança, pode ser legalizado junto ao DETRAN. Para tanto, são necessárias as Notas Fiscais de Instalação e as Notas Fiscais do Kit Turbo.