TURBO/ COMPRESSOR/ CHARGER/ VOLUMETRICO
Quando as pessoas conversam sobre carros de corrida ou carros esportivos de alta performance, normalmente se fala em turbocompressores. Eles aparecem também em motores a diesel de grande porte. Um turbo pode aumentar significativamente o cavalo de força de um motor sem aumentar muito seu peso e é isso que os torna tão populares.
Neste artigo, aprenderemos como um turbocompressor amplia a potência produzida por um motor, ao mesmo tempo em que suporta condições extremas de funcionamento. Veremos também como a válvula de descarga, as lâminas de turbina em cerâmica e os rolamentos auxiliam os turbocompressores a desempenhar sua função de forma ainda mais eficiente.
Turbocompressores são um tipo de sistema de indução forçada. Eles comprimem o ar que entra no motor. A vantagem da compressão do ar é que isso permite ao motor comprimir mais ar dentro de um cilindro e mais ar significa que mais combustível pode ser adicionado. Obtém-se, portanto, mais potência das explosões em cada cilindro. Geralmente, um motor turbocomprimido produz mais potência do que o mesmo motor sem compressão. Isso pode melhorar significativamente a relação peso/potência do motor.
Para atingir essa explosão, o turbocompressor utiliza o fluxo de exaustão do motor para girar a turbina, que, por sua vez, gira uma bomba de ar. A turbina no turbocompressor gira a velocidades de até 150 mil rotações por minuto (rpm), aproximadamente 30 vezes mais rápido do que a maioria dos motores de automóveis, e, como está ligada ao escapamento, as temperaturas dentro dela também são bem elevadas.
Princípios básicos
Uma das maneiras mais garantidas de se obter mais potência de um motor é aumentar a quantidade de ar e de combustível que ele pode queimar. Uma forma de se fazer isso é adicionando cilindros ou tornando os cilindros existentes maiores. Porém, algumas vezes, essas alterações não são possíveis. Um turbo pode ser uma forma mais simples e compacta de adicionar potência, especialmente para acessórios de reposição.
Turbocompressores permitem que um motor queime mais ar e combustível pelo acondicionamento de ar e combustível em maior quantidade dentro dos cilindros existentes. A impulsão fornecida por um turbocompressor é de 6 a 8 libras por polegada quadrada (psi). Como a pressão atmosférica normal é de 14,7 psi ao nível do mar, percebe-se um ganho de 50% de ar no motor. Com isso, espera-se um ganho de 50% na potência mas, por não ser perfeitamente eficiente, deve-se obter uma melhora de 30 a 40%.
Uma causa da ineficiência vem do fato de que a potência para girar a turbina não é livre. Ter uma turbina no fluxo de exaustão aumenta a restrição no escapamento. Isso significa que, no curso de exaustão, o motor tem que empurrar uma pressão contrária. Isso diminui um pouco da potência dos cilindros que estão em ignição ao mesmo tempo.
Altitudes elevadas
Um turbocompressor ajuda em altitudes elevadas, onde o ar é menos denso.
Motores normais têm redução de potência em altitudes elevadas, pois, para cada curso do pistão, o motor recebe uma massa de ar menor. Um motor turbocomprimido pode ter também redução de potência, mas a redução é menos problemática, já que o ar mais fino é mais fácil de ser bombeado pelo turbocompressor.
Carros mais velhos, com carburadores, aumentam automaticamente a taxa de combustível para equilibrar a corrente de ar crescente que entra nos cilindros. Carros modernos com injeção de combustível também fazem isso até um certo ponto. O sistema de injeção depende dos sensores de oxigênio no escapamento para determinar se a relação ar/combustível está correta, de forma que esses sistemas aumentarão a quantidade de fluxo de combustível automaticamente se um turbo for adicionado.
Se um turbocompressor com muita explosão é adicionado a um carro com injeção de combustível, o sistema pode não fornecer combustível suficiente. Dessa maneira, ou o software programado no controlador não permite que isso ocorra, ou a bomba e os injetores não são capazes de fornecê-lo. Nesse caso, outras modificações terão que ser feitas para se conseguir o máximo benefício do turbocompressor.
Como funciona
O turbocompressor é parafusado ao coletor de exaustão do motor. A exaustão dos cilindros gira a turbina, que funciona como um motor de turbina a gás. A turbina é conectada por um eixo ao compressor localizado entre o filtro de ar e o coletor de admissão. O compressor pressuriza o ar que vai até os pistões.
A exaustão dos cilindros passa pelas lâminas da turbina, fazendo com que a turbina gire.
Quanto mais exaustão passa pelas lâminas, mais elas giram.
Do outro lado do eixo ao qual a turbina está conectada, o compressor bombeia ar para dentro dos cilindros. O compressor é um tipo de bomba centrífuga que direciona o ar para dentro no centro de suas lâminas e para fora à medida que gira.
Para agüentar velocidades de até 150 mil rpm, o eixo da turbina tem que estar cuidadosamente sustentado. A maioria dos mancais explodiria a velocidades como essa, portanto, a maioria dos turbocompressores utiliza um mancal de fluidos. Esse tipo de mancal suporta o eixo em uma fina camada de óleo que é constantemente bombeada em torno do eixo. Isso serve a dois propósitos: resfria o eixo e algumas das outras peças do turbocompressor e permite que o eixo gire sem muito atrito.
Existem muitas trocas envolvidas no projeto de um turbocompressor para motor. Na próxima seção, veremos alguns desses acordos e como eles afetam a performance do carro.
Explosão demais
Com o ar sendo bombeado sob pressão pelo turbocompressor para dentro dos cilindros e depois sendo comprimido ainda mais pelo pistão, há um maior risco de provocar a detonação ou "batida de pino". A detonação acontece porque, à medida que o ar é comprimido, sua temperatura aumenta. A temperatura pode aumentar o suficiente para dar partida ao combustível antes da vela de ignição. Carros com turbocompressores freqüentemente necessitam de combustível com maior octanagem para evitar a detonação. Se a pressão da explosão for muito alta, a razão de compressão do motor pode necessitar ser reduzida a fim de evitar a detonação.
Considerações de projeto
Um dos principais problemas com turbocompressores é que eles não fornecem uma explosão de potência imediata quando você acelera. Leva um segundo para que a turbina alcance a velocidade antes da explosão ser produzida. O resultado é uma sensação de ausência entre a aceleração e o início do turbo.
Uma maneira de reduzir o turbo lag (tempo de resposta que um turbo compressor ou uma turbina requer entre o comando para aumento de potência e seu efetivo aumento) é reduzir o atrito das partes rotatórias, principalmente pela redução do seu peso. Isso permite que a turbina e o compressor acelerem rapidamente e iniciem o fornecimento de impulsão mais cedo. Uma maneira garantida de se reduzir o atrito da turbina e do compressor é diminuir o tamanho do turbocompressor. Um turbocompressor pequeno irá fornecer impulsão mais rapidamente a velocidades mais baixas, mas pode não ser capaz de fornecer muita impulsão em velocidades mais altas quando um volume realmente grande de ar estiver entrando por ele. Ele também corre o risco de girar muito depressa em velocidades mais altas, quando muita exaustão passa pela turbina. Um turbocompressor pode fornecer muita explosão a velocidades altas do motor, mas pode ter um turbo lag ruim devido ao tempo que leva para acelerar turbina e compressor mais pesados. Felizmente, há alguns truques usados para superar esses desafios. A maioria dos turbocompressores automotivos possui uma válvula de descarga, o que permite a utilização de um turbocompressor normal para reduzir o atraso, ao mesmo tempo em que o previne de rotacionar muito rapidamente em velocidades altas do motor. A válvula de descarga permite que a exaustão ultrapasse as lâminas da turbina. A válvula de descarga percebe a pressão da explosão. Se a pressão ficar muito elevada, isso pode indicar que a turbina está girando muito rapidamente, então a válvula de descarga desvia parte da exaustão ao redor das lâminas da turbina, permitindo que elas diminuam a velocidade. Alguns turbocompressores utilizam rolamentos ao invés de mancais de fluido para suportar o eixo da turbina, mas eles não são rolamentos normais, são mancais super precisos feitos de materiais avançados para agüentar as velocidades e as temperaturas do turbocompressor. Eles permitem que o eixo da turbina gire com menos atrito que os mancais de fluido utilizados na maioria dos turbocompressores. Eles permitem também que um eixo ligeiramente menor e mais leve seja utilizado. Isso ajuda o turbocompressor a acelerar mais rapidamente, reduzindo o turbo lag.
As lâminas da turbina em cerâmica são mais leves do que as lâminas de aço utilizadas na maioria dos turbocompressores. Mais uma vez, isso permite que a turbina rotacione mais para aumentar sua velocidade mais rapidamente, o que diminui o turbo lag.
Alguns motores utilizam dois turbocompressores de diferentes tamanhos. O menor rotaciona mais para ganhar velocidade mais rapidamente, reduzindo o atraso, enquanto o maior assume velocidades mais altas do motor para fornecer maior explosão.
Quando o ar é comprimido, ele esquenta e quando esquenta, ele se expande. Assim, parte do aumento da pressão de um turbocompressor é o resultado do aquecimento do ar antes de entrar no motor. Para aumentar a potência do motor, devem-se inserir mais moléculas de ar no cilindro, não necessariamente mais pressão de ar.
Um intercooler ou resfriador do ar de admissão é um componente adicional que se parece com um radiador, exceto pelo fato de que o ar passa tanto pelo interior quanto pelo exterior do intercooler. O ar de admissão passa através de passagens seladas no interior da ventoinha, enquanto o ar mais frio da parte externa é soprado através de quilhas pela ventoinha de arrefecimento do motor.
O intercooler aumenta ainda mais a potência do motor, resfriando o ar pressurizado proveniente do compressor antes que ele entre no motor. Isso significa que se o turbocompressor estiver operando a uma pressão de 7 psi, o sistema com intercooler irá inserir 7 psi de ar, que é mais denso e contém mais moléculas do que o ar mais quente.
Instalando um Turbo
Na década de 80 no Brasil, o turbo-compressor era um item pouco conhecido e poucas pessoas tinham acesso a este item tão popular e acessível nos dias de hoje. Naquela época, a colocação de um kit turbo exigia grande investimento e poucas eram as oficinas capazes e qualificadas a instalação e acerto do motor. Com o passar dos anos e com uma legislação mais flexível para importação, o turbo, passou a ser cada vez mais acessível para um crescente número de pessoas. A partir daí as "antigas" receitas de preparação começaram a perder espaço para uma solução bem mais simples do ponto de vista de alterações mecânicas e que sobretudo produzia resultados mais expressivos. Na mesma medida, a procura por oficinas de preparação para a colocação do famoso turbo cresceu muito. Paralelamente a este crescimento, empresas nacionais começaram a produzir seus próprios kits, adequando de uma forma mais precisa seu produto aos veículos brasileiros. Atualmente instalar uma turbina em um motor, constitui a principal forma de preparação quando se pensa em extrair maiores doses de potência, sem que se tenha que lançar mão de muitas modificações. Com esse equipamento é possível dobrar a potência de um motor sem fazer nenhuma alteração na sua parte interna. Obviamente que em situações como esta, a durabilidade das peças móveis internas (e mesmo algumas fixas) do motor pode sofrer uma redução considerável, particularmente determinada pela forma como o "novo" motor for tratado. Parte importante do resultado, vai depender do bom acerto do motor para que você não tenha quebras ou desgaste prematuro e fique na mão. A escolha de um bom profissional, também é um aspecto crucial.
Sendo bastante generalista, a princípio existem duas maneiras de extrair potência extra de um motor. A primeira se dá por meio de artifícios diversos, como: aumento da cilindrada, trabalho no cabeçote, comando de válvulas, remapeamento de injeção (ou afinação da carburação), ignição, etc. A utilização destas "receitas" - combinadas ou individualmente - produzem também resultados mas a custo de mais trabalho, às vezes investimento e ainda requer maior especialização e conhecimentos técnicos.
A segunda forma - e que é o objeto deste artigo – se dá através da colocação de um turbocompressor. Essa vem sendo a preparação que apresenta a melhor relação entre custo e benefício. Outras vantagens, vêm de um processo de instalação razoavelmente simples e que produz resultados consistentes e bastante positivos. Neste instante, os mais afoitos e famintos por potência, já devem estar desesperados por um "artefato" destes. Mas tenham calma, pois a coisa não é simplesmente colocar um turbo no seu carro e sair acelerando.
Antes de mais nada - e como é comum a praticamente qualquer outra receita – uma adequada e responsável instalação, requer uma prévia checagem do estado geral do motor. Se o mesmo não estiver 100%, esqueça. O primeiro passo neste caso é deixá-lo em boas condições. Não bastasse isto, é preciso conscientizar-se que todas as peças e sistemas de seu veículo irão sofrer uma redução em sua vida útil e que os prazos e o rigor na manutenção deverão ser mais intensos e freqüentes. O passo seguinte é definir qual será o uso que se vai fazer do automóvel, ou seja, predominantemente em estrada, em cidade ou uso misto?
Verificados estes requisitos, o que se segue é determinar o tamanho da turbina, já que existe uma variada gama de tamanhos, de acordo com o comportamento que se quer. Mesmo os menos leigos, é conveniente que tenham ajuda de um bom profissional, para que não se coloque uma turbina com especificações inapropriadas ao seu equipamento e ao que você quer em termos de desempenho. Uma turbina de dimensão errada pode trazer uma série de inconvenientes. Por exemplo, vamos supor que seu carro tenha um câmbio com relações curtas e que seu motor não atinja regimes de rotações elevadas e que você decidiu-se pela colocação de uma turbina muito grande, como a .70. Sabe o que vai acontecer? A turbina não vai conseguir encher, ou seja, quando você esticar uma determinada marcha até o limite de troca, a turbina ainda não estará em funcionamento pleno e, portanto, não vai comprimir a quantidade ideal de ar é preciso. Entendeu? Você não vai ter um aproveitamento da turbina e conseqüentemente seu desempenho será abaixo do possível. Veja que esse é só um exemplo. Esta situação ocorre com razoável freqüência, quando o "profissional" que realizou o serviço, não tem o conhecimento necessário para tanto. É comum encontrar pessoas rodando por aí dessa maneira, sem saberem da verdadeira causa do problema. Este é apenas um dos muitos "problemas" que um dimensionamento e instalação incorretos do sistema pode provocar.
Mas afinal, qual a "mágica" por detrás do turbo? O seu princípio e funcionamento, são bastante simples. A princípio podemos dizer que ele é composto de duas partes: os caracóis. O primeiro, consiste de uma carcaça, comumente chamada de parte "quente", ou simplesmente turbina. Na parte quente, há uma hélice que é movimentada pelos gases de escape. Essa hélice é ligada a um eixo que aciona uma segunda hélice na carcaça ou caracol adjacente (na parte fria ou compressor) que utilizando uma geometria de pás apropriada, aspira grande quantidade de ar para seu interior. O papel do compressor é como o próprio nome sugere, injetar o ar comprimido dentro do motor. É justamente neste ponto que ocorre a "mágica". Com maiores quantidades de ar, pode-se ter também mais combustível e, portanto explosões mais poderosas dentro de cada cilindro, gerando assim a tão desejada potência extra.
As turbinas dependem de um certo giro do motor (regime de atuação) para começar a pressurização. Isso está ligado novamente ao tamanho da turbina. Não quer dizer que uma turbina pequena seja melhor. Com já dissemos, isso vai depender do tipo de motor e do câmbio que seu carro tem. Turbinas pequenas tem uma resposta mais rápida, ou seja, elas enchem mais rápido e em uma rotação mais baixa. Em contrapartida, não são apropriadas quando se quer pressões elevadas. Outra consequência de usar um turbo pequeno, que em uma viagem, por exemplo, elas estão sempre acordadas (cheias). Em uma possível situação, o motorista não conseguiria andar em uma rotação compatível com o trânsito. Com isso o consumo de combustível aumenta consideravelmente e diminui muito a durabilidade da turbina, pois ela está sempre atuando em regime máximo. Bem resolvida a questão tamanho, vamos definir que pressão utilizar. Aqui novamente os sedentos por potência, vão querer andar com o máximo de pressão possível. Mas não é bem por aí. A pressão é um item IMPORTANTÍSSIMO e é ele que determina não apenas a potência final como a durabilidade de todo o conjunto. Para um motor original a gasolina e em perfeitas condições pode-se utilizar uma pressão de até 0.8 bar sem maiores problemas. Já em um motor a álcool original, a pressão não deve exceder 0.4 bar. Isso se explica, uma vez que o motor a álcool é muito taxado, ou seja, tem uma taxa de compressão muito elevada em relação aos motores a gasolina. Observe que estes valores, são parâmetros para uma utilização menos sujeita a problemas e sem que seja necessário realizar outras alterações mecânicas. São números bastante confiáveis para uso quotidiano. No caso de se empregar pressões mais elevadas, são necessárias uma série de modificações. A principal delas é a troca do conjunto de pistão e bielas por outro de materiais mais resistentes para suportar altas pressões e temperaturas. Quanto maior for a pressão maior será a temperatura no interior dos cilindros e maior a pressão exercida sobre o pistão e biela. Com essas alterações você vai poder utilizar pressões bem maiores. Mas lembre-se que essas regras valem para motores a gasolina. Motores a álcool mesmo com as partes baixas forjadas, correm sério risco de estourar por causa da alta taxa. O ideal é utilizar um motor originalmente que utiliza gasolina e utilizar álcool como combustível. Isso porque o álcool tem uma melhor queima e é menos propenso a detonação (batida de pino). O fato de motores sobre-alimentados passarem a operar com temperatura no interior do cilindro muito alta, faz com que as velas também tenham que ser revistas e substituídas por velas mais frias. Para pressões ainda mais altas, alguns outros itens têm que ser revistos e substituídos A embreagem é o primeiro item a ser substituído. Com o aumento de potência provavelmente ela vai começar a patinar e com isso a potência não vai ser totalmente transferida. O câmbio, freios, coxins, enfim tudo precisará ser redimensionado. Suspensão, pneus e rodas também vão sofrer mais solicitações com o aumento de potência. Rodas e pneus de diâmetro maior podem ajudar na hora de tracionar. Afinal, como já dizia o velho" comercial de pneus: "De nada adianta potência sem controle". Depois de ler tudo isso sua opinião deve ter mudado. Você deve ter visto que não é tão simples assim mexer e alterar as características de um carro. Engenheiros demoram anos para lançar novos produtos. Por isso pense bem antes de alterar seu carro. Além de ser proibido por lei, exige um grande grau de conhecimento e investimento. Agora se você não estiver preocupado com o bolso, vale a pena investir e deixar sua máquina com um desempenho digno de um carro esportivo. Mas por mais que tenhamos dado algumas dicas importantes na adoção do turbo como receita de preparação, o assunto não está esgotado. Há ainda diversos aspectos que devem ser abordados com maior profundidade, especialmente se a instalação do turbo objetivar produzir elevados regimes de potência e funcionamento sob circunstâncias mais severas.
Turbocharger ou Supercharger ?
Na verdade quando se fala de potência, surge sempre aquela famosa pergunta. Qual é o melhor, turbo ou compressor? Supercharger ou Turbocharger ?
Neste artigo vamos fazer algumas considerações à respeito das principais diferenças entre essas duas formas de aumentar a potência do seu motor. Até algum tempo atrás no Brasil, as fábricas só colocavam algum tipo de "veneno" em carros de luxo e com maior cilindrada. Hoje as coisas mudaram e os fabricantes disponibilizam esse "veneno" em carros de baixa cilindrada como é o caso do VW Gol Turbo e o Ford Fiesta Supercharger, como forma alternativa de dotar de potência, motores pequenos. Mas os dois concorrentes em questão, utilizam sistemas diferentes para conseguir aumentar a potência. No caso do VW Gol, a Volkswagen utiliza o já conhecido turbo para empurrar o motorzinho 1.0 do Gol fazendo sua potência pular dos 69 cv para 112 cv É uma diferença e tanta, e sua potência é a mesma de um motor com capacidade cúbica maior (2.0 litros).Esse aumento de potência se dá basicamente com a adoção de um Kit turbo e algumas modificações no sistema de injeção. É claro que a VW foi cautelosa, e fez algumas modificações na parte de baixo do motor para suportar a pressão, como por exemplo, colocou pistões e bielas com material forjado.
Já no caso do Ford Fiesta, a montadora usou um sistema chamado compressor que para nós brasileiros é inédito e pouco conhecido, e só visto algumas vezes em filmes, geralmente em carros com maior capacidade cúbica (V8). As versões mais atuais do compressor, como é o caso do Ford Fiesta, mostra algumas diferenças de posição e de funcionamento em relação aos compressores mais antigos. Estes modelos mais compactos e adaptados para motores com injeção, apenas empurram o ar e não o combustível como nas versões mais antigas. O combustível só vai ser injetado bem próximo das válvulas de admissão. Como o ar comprimido se aquece foi instalado um intercooler quer esfria o ar aumentando e melhorando a queima.
Mas há vantagens e desvantagens em relação aos dois equipamentos. Ambos exercem a mesma função, ou seja, aumentam a quantidade e a velocidade da mistura a ser queimada. No caso do compressor ou também conhecido como Blower, a vantagem inicial sobre o turbo é o maior torque em baixas rotações, já que o compressor está acompanhando a rotação do motor desde o menor giro. No caso do turbo, ele mostra sua força apenas quando a vazão dos gases do escapamento sobe muito, fazendo o que popularmente se diz como "encher a turbina". Dependendo do tipo de motor e do tamanho da turbina essa potência pode aparecer somente em altas rotações. Como essa potência aparece de repente, sem ser contínua e progressiva como no compressor, a entrada do turbo é geralmente sentida por um "coice" deixando a dirigibilidade comprometida dependendo da pressão usada. Já o compressor se mostra mais dócil por atuar desde as mais baixas rotações do motor e subindo de potência conforme a rotação do motor aumenta, propiciando com isso também uma melhor condução do veículo. Mas há uma semelhança entre os dois, a necessidade de uma taxa de compressão menor, conseguida através de pistões menos cabeçudos. Com isso evita-se batidas de pino e quebras do motor.
Outra vantagem do compressor é sua durabilidade, pois ele utiliza óleo especial, e sua lubrificação é independente do motor. Não há contato entre os rotores, por isso o compressor roda por muito tempo sem necessidade de retífica. Também com o compressor não é necessário aguardar 30 segundos ou mais para desligar o motor - como em um motor turbo. Mas agora vem às desvantagens, a primeira delas é que com o turbo se aumenta a potência com um simples regulagem de uma válvula de pressão, no caso do compressor o que se muda é a relação entre as polias do compressor e do virabrequim. Com a polia reduzida os rotores ganham rotação mais rapidamente, aumentando o torque em baixa rotação. Já com o inverso, você perde torque em baixas rotações, mas ganha potência em altas rotações.
Mas há ainda uma outra diferença e esta é muito importante, que é o fato de o compressor não estar disponível ainda para a maioria dos carros, que no caso do turbo, tornou-se bastante comum. Outra vantagem do turbo é que ele é bem compacto e sua colocação é relativamente simples, não sendo necessário muitas adaptações.
Portanto vamos aguardar até que alguns fabricantes coloquem no mercado kits de compressores para nossos carros e vamos ver como essa briga vai acabar ou se está apenas começando.
Superchargers
Desde a invenção do motor de combustão interna, engenheiros automotivos viciados em velocidade e projetistas de carros de corrida têm procurado maneiras de incrementar sua potência. Uma das maneiras de se fazer isso é construindo um motor maior, o que nem sempre é a melhor solução: eles pesam mais e são mais caros de se fazer e manter.
Outra maneira de se aumentar a potência é tornar um motor de tamanho normal mais eficiente. Isso é possível forçando-se mais ar para dentro da câmara de combustão. Mais ar significa que mais combustível pode ser admitido, e mais combustível significa uma combustão maior e mais potência do motor. Instalar um compressor é uma excelente maneira de se obter a admissão forçada de ar. Neste artigo explicaremos o que são compressores, como funcionam e como se diferenciam dos turbocompressores.
Fundamentos de um compressor
Um compressor é qualquer dispositivo que eleva a pressão do ar de admissão acima da pressão atmosférica. Tanto os compressores como os turbocompressores fazem isso. O termo "turbo" é na realidade uma versão reduzida de "turbocompressor", que é seu nome oficial.
A diferença entre os dois dispositivos é sua fonte de energia. Os turbocompressores são acionados pela massa do fluxo dos gases de escapamento, que impulsionam uma turbina. Já os compressores são acionados mecanicamente, por correia ou corrente a partir do virabrequim do motor. Num motor de quatro tempos comum, um dos tempos é dedicado ao processo de admissão de ar. Este processo é composto das seguintes etapas:
• o pistão move-se para baixo
• isso cria um vácuo
• o ar, à pressão atmosférica, é aspirado para dentro dos cilindros
Uma vez admitido dentro do motor, o ar deve ser combinado ao combustível para formar a mistura, uma quantidade de energia potencial que pode ser transformada em energia cinética, aproveitável através de uma reação química conhecida como combustão. A vela de ignição deflagra esta reação química ao inflamar a mistura.
À medida que o combustível sofre oxidação, ocorre a liberação de uma grande quantidade de energia. A força dessa explosão, concentrada entre a câmara de combustão e o pistão, impulsiona-o pistão para baixo, criando um movimento alternado que será transformado em rotativo e no fim será transmitido para as rodas.
Colocar mais combustível na mistura resultaria em uma combustão mais potente.
Mas não se pode simplesmente colocar mais combustível no motor porque é necessário uma quantidade exata de oxigênio para queimar uma dada quantidade de combustível. Essa mistura na proporção quimicamente correta - 14 partes de ar para uma parte de combustível - no caso da gasolina - é essencial para que o motor funcione de maneira eficiente. Resumindo: para pôr mais combustível, é preciso admitir mais ar.
Esse é o trabalho do compressor. Os compressores aumentam a admissão comprimindo o ar acima da pressão atmosférica, porém sem criar um vácuo. Isso faz com que uma quantidade maior de ar seja forçada para dentro do motor, criando uma sobrealimentação. Com esse ar extra é possível injetar mais combustível na mistura, aumentando-se a potência do motor. A sobrealimentação fornece em média 46% a mais de potência e 31% a mais de torque. Em condições de altitude elevada, em que o desempenho do motor diminui por causa da baixa densidade e pressão do ar atmosférico, o compressor fornece ar em alta pressão para que o motor continue a funcionar de maneira eficiente.
Diferentemente dos turbocompressores, que se valem dos gases de escapamento gerados pela combustão para funcionar, o acionamento do compressor é obtido diretamente a partir do virabrequim. Em sua maioria, os compressores são acionados por uma correia extra e uma polia solidária a uma engrenagem de acionamento. Esta, por sua vez, faz girar os elementos do compressor. O rotor do compressor pode ter vários desenhos, porém sua função éaspirar o ar, espremê-lo dentro de um pequeno espaço e descarregá-lo no coletor de admissão.
Para pressurizar o ar, o compressor precisar girar rapidamente, bem mais que o próprio motor. A engrenagem condutora maior que a engrenagem conduzida que movimenta o rotor do compressor faz com que ele gire mais rápido. Os rotores do compressor podem girar em velocidades de 50 mil a 65 mil rotações por minuto (rpm). Um rotor de compressor girando a 50 mil rpm representa uma pressão de sobrealimentação de cerca de 0,4 bar a 0,6 bar. Isso significa 0,4 a 0,6 bar extras acima da pressão atmosférica em uma dada altitude. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 1,0132 bar. Portanto, a sobrealimentação típica de um compressor coloca cerca de 50% a mais de ar para dentro do motor. À medida que vai sendo comprimido, o ar vai ficando mais quente, o que significa que ele perde densidade e não tem como se expandir tanto durante a combustão. Isso significa que a mistura não tem como gerar tanta potência ao ser inflamada pela vela de ignição. Para que o compressor funcione com eficiência máxima, o ar comprimido que sai dele precisa ser esfriado antes de entrar no coletor de admissão. O responsável por este processo de resfriamento é o intercooler, um resfriador de ar. Existem duas concepções básicas de intercooler: os intercoolers ar/ar e os intercoolers ar/água. Ambos funcionam exatamente como um radiador, com o ar ou a água resfriada pelo sistema de arrefecimento passando através de um sistema de canos ou tubos. À medida que sai do compressor o ar quente encontra os canos mais frios e vai sendo esfriado também. A redução da temperatura do ar aumenta a sua densidade, o que resulta na admissão de uma mistura mais densa dentro da câmara de combustão.
Tipos de compressores
Existem três tipos de compressores: Roots, parafuso duplo e centrífugo. A principal diferença está em como eles jogam o ar para dentro do coletor de admissão do motor. Os compressores Roots e de parafuso duplo utilizam tipos diferentes de lóbulos entrelaçados, e o compressor centrífugo utiliza um rotor para aspirar o ar. Embora todos esses modelos forneçam ar sob pressão, eles diferem consideravelmente com relação à sua eficiência. Cada tipo de compressor é disponivel em diferentes tamanhos, dependendo da aplicação desejada: simplesmente dar uma força a seu carro ou competir numa corrida. O compressor Roots é o modelo mais antigo. Philander e Francis Roots patentearam o projeto em 1860 como uma máquina para ajudar na ventilação de poços de minas. Em 1900, Gottlieb Daimler acrescentou um compressor Roots a um motor de carro.
À medida que os lóbulos entrelaçados giram, o ar preso nos espaços existentes entre eles é carregado entre o lado de entrada e o lado de saída. Grandes quantidades de ar são movidas para o coletor de admissão e "acumuladas", criando-se uma pressão positiva. Por essa razão os compressores Roots não passam de sopradores de ar, sendo que o termo "blower" (soprador) ainda é muito utilizado para se referir a todos os compressores em geral.
Os compressores Roots em geral são grandes e ficam na parte de cima do motor. Eles ficaram consagrados nos muscle cars envenenados e nos hot rods, pois projetam-se para fora do capô. No entanto eles são os menos eficientes dentre os compressores por duas razões: acrescentam mais peso ao veículo e sopram o ar em jatos discretos, em vez de num fluxo uniforme e contínuo.
Compressores de parafuso duplo
O compressor de parafuso duplo funciona puxando o ar através de um par de lóbulos entrelaçados que lembram um jogo de engrenagens helicoidais. Assim como no compressor Roots, o ar no interior de um compressor de parafuso duplo fica preso em espaços criados pelos lóbulos do rotor. Porém, no compressor de parafuso duplo este ar é comprimido para dentro da carcaça do rotor. Isso porque os rotores possuem uma redução de diâmetro cônica, o que significa que os espaços onde o ar fica preso diminuem de tamanho à medida que o ar se move do lado de entrada para o lado da saída. Como os espaços vão encolhendo, o ar é espremido para dentro de um volume menor.
Isso torna os compressores de parafuso duplo mais eficientes, porém seu custo é maior porque os rotores em forma de parafuso exigem mais precisão no processo de fabricação. Alguns tipos de compressores de parafuso duplo ficam por cima do motor como o compressor Roots. Eles também produzem muito ruído. O ar comprimido que sai pela válvula de saída cria um silvo ou assobio que precisa ser atenuado com técnicas de supressão de ruídos.
Centrífugo
O compressor centrífugo aciona um impulsor (dispositivo similar a um rotor) a altíssima velocidade para rapidamente levar o ar para dentro de uma pequena caixa de compressão. As rotações podem ir de 50 mil a 60 mil rpm. À medida que o ar é conduzido ao cubo do impulsor, uma força centrífuga faz com que ele seja expulso para o lado de fora. O ar sai do impulsor em alta velocidade, porém com baixa pressão. Um difusor, conjunto de paletas fixas que envolve o impulsor, converte o ar de alta velocidade e baixa pressão em ar de baixa velocidade e alta pressão. As moléculas do ar perdem velocidade quando atingem as paletas, o que reduz a velocidade do fluxo de ar e aumenta a pressão.
Os compressores centrífugos são os mais eficientes e os mais comuns de todos os sistemas de admissão forçada. Eles são pequenos, leves e são instalados na frente do motor, em vez de na parte de cima deste. Eles também produzem um silvo característico à medida que o motor aumenta a rotação, uma característica que pode chamar atenção nas ruas.
Qualquer um destes compressores pode ser instalado em um veículo já em uso para aumentar-lhes a potência. Inúmeros fabricantes oferecem kits que vêm com todas as peças necessárias para instalar um compressor como projeto de façavocê- mesmo. Esse tipo de adaptação é parte integrante do esporte no mundo dos carros de arrancada tipo funny cars e de competição. Vários fabricantes de automóveis também incluem compressores em seus modelos de linha.
Prós e contras dos compressores
A maior vantagem de se ter um compressor é o aumento da potência do motor.
Instale um compressor num motor de carro ou caminhonete comum e ele se comportará como um veículo de motor maior e mais possante. Mas e se alguém estiver tentando escolher entre um compressor e um turbocompressor? Essa questão é debatida apaixonadamente por engenheiros e fãs de automóveis, mas em geral os compressores oferecem algumas vantagens em relação aos turbocompressores.
Os compressores não apresentam "hesitação de turbo", termo empregado para descrever o tempo decorrido entre o momento em que o motorista pisa no acelerador e a resposta do motor. Já os turbocompressores apresentam essa hesitação porque leva alguns instantes antes que os gases de escapamento alcancem velocidade suficiente para acionar a turbina. Os compressores não possuem hesitação porque são acionados diretamente pelo virabrequim. Certos compressores são mais eficientes com baixas rotações do motor, ao passo que outros são mais eficientes com rotações mais altas. Os compressores Roots e de parafuso duplo, por exemplo, fornecem mais potência com rotações mais baixas. Os compressores centrífugos, que se tornam mais eficientes à medida que o impulsor gira mais rápido, fornecem mais potência com giro maior. Instalar um turbocompressor exige que sejam feitas extensivas modificações no sistema de escapamento, ao passo que os compressores podem ser aparafusados em cima ou no lado do motor. Isso os torna mais baratos de instalar e mais fáceis de manter e conservar. Finalmente, não é necessário qualquer procedimento de parada especial no caso dos compressores. Como não são lubrificados com óleo do motor, eles podem ser desligados normalmente. Por outro lado, os turbocompressores precisam funcionar em marcha-lenta por cerca de 30 segundos ou mais antes da parada, para que a turbina e o compressor tenham tempo de parar ou diminuir bastante a rotação enquanto há óleo lubrificante circulando nos mancais. Dito isso, um bom aquecimento é importante no caso dos compressores, já que eles trabalham com mais eficiência em temperaturas normais de funcionamento.
Os compressores são acréscimos usuais aos motores a pistão de aviões. Isso faz sentido quando se tem em mente que os aviões passam a maior parte de seu tempo em altitudes elevadas, onde há muito menos oxigênio disponível para a combustão. Com a introdução dos compressores os aviões foram capazes de voar mais alto sem perderem desempenho do motor.
Configuração básica de um avião equipado com compressor centrífugo
O melhor dos dois mundos
A Volkswagen lançou recentemente um Golf GT equipado com motor "Twincharger". O Twincharger possui tanto um compressor como um turbocompressor. Com o motor em baixa rotação, o compressor sopra ar para dentro dos cilindros aumentando o torque mínimo. Com o giro mais alto, quando já foram produzidos gases de escapamento em quantidade suficiente, o turbocompressor entra em cena para aumentar o desempenho máximo. O GT, disponível apenas na Europa, atinge 100 quilômetros por hora em 7,9 segundos. Ele também alcança 218 quilômetros por hora e faz 16,6 quilômetros por litro.
Os compressores utilizados em motores aeronáuticos funcionam exatamente como aqueles encontrados nos carros. Eles são acionados diretamente pelo motor e usam um compressor para soprar ar pressurizado dentro da câmara de combustão. A ilustração acima mostra a configuração básica de um avião dotado de compressor.
Os compressores foram utilizados pela primeira vez em aviões já no final da Segunda Guerra Mundial. Um exemplo famoso foi o Supermarine Spitfire, avião utilizado pela Royal Air Force (Força Aérea Britânica) que incorporava um motor Rolls-Royce Merlin equipado com compressor.
A principal desvantagem dos compressores é também sua marca registrada: como são acionados pelo virabrequim, precisam roubar um pouco da potência do motor. Um compressor pode consumir algo como 20% do rendimento total de um motor. Mas como pode gerar até 100% de potência extra, a maioria acredita que o resultado vale a pena.
A sobrealimentação implica um esforço maior sobre o motor, que precisa ser resistente para suportar a pressão extra e as combustões maiores. A maioria dos fabricantes leva isso em conta ao especificar componentes de alta durabilidade quando projetam um motor destinado para uso sobrealimentado. Isso torna o veículo mais caro. A manutenção dos compressores também é mais dispendiosa, e a maioria dos fabricantes sugere sua utilização com gasolina premium de alta octanagem. Apesar dessas desvantagens, os compressores ainda são a maneira mais eficiente em termos de custo-benefício para aumentar a potência de um motor. O uso de compressores pode resultar em aumentos de potência de 50 a 100% e faz deles uma excelente opção para corridas, reboque de cargas pesadas ou simplesmente para colocar mais emoção na experiência normal de dirigir.
COMO ESCOLHER AS TURBINAS
Umas das perguntas que mais escutamos das pessoas que querem turbinar um carro é:
Qual turbina uso para um motor x ?
E a maioria das respostas que escutamos é: Usa essa que é boa. Nós usamos em um carro com o seu motor e ficou bom.
Escolher turbina não é tão simples assim. Vemos que normalmente o que se faz é colocar uma Turbina porque Joãozinho da oficina X usou e pronto. Para um uso normal, qualquer turbina que for colocada vai funcionar, um pouco mais de pegada, um pouco menos de pegada, mas funciona. Mas se você quer tirar o ideal de uma Turbina, fique atento pois existem inúmeras combinações.
Me lembro a alguns anos estive em um preparador na e perguntei a ele que turbina deveria usar para um motor X, na ocasião era 1.6.
A resposta foi; me passa o motor, diâmetro e curso, taxa de compressão, diâmetro das válvulas, número de válvulas, diagramação do comando, peso do carro, relação de câmbio, relação do diferencial tipo do pneu, que passaremos para o fabricante da turbina e ele te manda a turbina ideal. Aquilo me deixou perplexo. Anos depois, após adquirir maior conhecimento na área, fui entender o porque de tudo.
Para resumir vamos por partes.
Existem milhares de combinações entre rotores, carcaças, eixos, etc, etc.
Para tomarmos como exemplo usaremos as configurações Garret.
Eixos
É o que basicamente determina a família da Turbina, tais como T2, T3, T4 etc. Quanto maior o número, maior o eixo, e mais pesado também.
Rotores frontais
Essa é a parte mais delicada quando se trata de turbina, o rotor frontal é uma hélice, e como toda hélice tem rotação ideal de trabalho para manter um fluxo de ar adequado. Ex: Ele deve gerar tantos CFMs (cubic feet per minute, ou pés cúbicos por minuto) de ar a uma determinada pressão, para isso deve estar na velocidade ideal. Traduzindo, rotor muito grande = Turbo lag grande e subida de pressão gradativa, rotor muito pequeno = Rotação excessiva da turbina e ar demasiadamente quente. Alem disso pressão não tudo que conta. O motor respira ar e volume de ar também conta, por exemplo, um pneu de bicicleta tem 50 psi de pressão, mas se você pegar uma mangueira de ar e conectar o pneu de bicicleta a um pneu de carro que precisa estar apenas com 26 psi ele não vai encher. Portanto trabalham juntos.
Então em uma T3, por exemplo com a parte fria .42, este .42 é o A/R, isto é área sobre raio, não diz nada em relação ao tamanho do rotor. Na família das T3 podemos ter o Trim 40=APL 162, Trim 45= APL 388, Trim 50=APL 240, Trim 60 = APL 525.
Logo se alguém te falar que usa uma .42 na frente, não esta falando nada, depende do rotor que ela tem.
A/R de escapamento
Os Ars como são chamados, são área sobre raio. São aqueles, .36, .48, .63, .82, 1.04, etc. De um modo geral o erro que se comete é usar um rotor dianteiro muito grande, aí a pegada vem muito alta, aí para tentar consertar o erro, vai se diminuindo o AR traseiro, matando a alta do carro. De um modo geral, pouca pressão AR pequeno, muita pressão AR grande.
Como fazer então com tantas combinações ?
Existem programas de computador que facilitam o serviço, mas primeiro de tudo temos que definir algumas coisas.
Primeiramente temos que saber qual a pressão que vamos usar, sejamos conservativos, pressão não é potência, o motor tem outros truques para tirar potência, como cabeçotes preparados, etc. Então vamos definir uma pressão de digamos 1 Kg. É extremamente importante que se defina a pressão máxima que se vai usar, porque tudo gira em torno disso, então não diga; vou usar 1 Kg daqui a três meses subo para 1.3Kg e se não gostar subo para 1.6 Kg, neste caso você teria que usar 3 Turbinas diferentes.
Tendo o motor, a pressão, a RPM máxima, podemos ir nos mapas de eficiência do compressor e determinar qual o rotor ideal, se é um Trim 40 ou 45, etc. O mapa não mente, é a melhor forma de definir a Turbina.
Mas como leitura de mapas e tabelas também requer conhecimento técnico, nós vamos facilitar as coisas (além do que nós temos o programa da Garret que facilita o trabalho) e passar um macete.
É Importante ressaltar que aqui é um ponto de partida, pequenas variações podem ser necessárias.
A tabela é para carros de rua
Motor RPMmax Intercooler Pressão Turbina
1.8 6600 não 0.7 Kg T2 Trim 60 AR descarga .60
1.8 6600 sim 1 Kg APL 388 com AR descarga .63
1.8 6600 sim 1,4 Kg APL 240 com AR descarga .82
1.9 7000 sim 1.6 Kg T3 .60 AR descarga 1.06
1.9 7000 sim 2 Kg TO4 V1 AR descarga .82
2.0 6600 sim 1 Kg APL 388 com AR descarga .63
2.0 6600 não 1 Kg APL 388 com AR descarga .48
2.0 6600 sim 1.4 Kg APL 525 com AR descarga .82
