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Saiba como funciona o Turbo

Fotos: Divulgação

Conforme prometido na matéria sobre o Supercharger, o CarPointNews agora vai explicar o funcionamento dos Turbocompressores, buscando assim demonstrar as diferenças dos dois sistemas de indução de pressão que, embora mecânicos, são absolutamente distintos!

Os nomes técnicos são parecidos, já que um é Compressor, ou Charger, e outro é Turbocompressor. Tanto um sistema quanto outro são apêndices de sobre-alimentação, ou indução forçada de ar para o motor. Suas funções não são outras senão comprimir o fluxo de ar para o motor. Ar? Não era combustível que fazia o motor funcionar? Sim, é combustível, mas sem o ar, na medida exata, o combustível não explode e o motor não funciona. Mais para frente chegamos nesse assunto.

O objetivo de comprimir o ar é empurrá-lo com mais força e volume dentro dos cilindros do motor, muito além do que no sistema naturalmente aspirado – como são todos os motores antes de receberem esses apêndices. Com um ou outro, mais ar com mais força entram e obtém-se mais potência de explosão em cada cilindro, uma vez que um Turbocompressor ou um Supercharger proporciona entre 6 a 8 libras/pol² (Psi) ou 0,41 a 0,55 bar de pressão sobre os 14,7 lb/pol2 ao nível do mar (1,01 bar de pressão atmosférica normal), o que dá aproximadamente 50% a mais de ar no motor, o que deveria proporcionar 50% a mais de energia, só que nenhum dos dois sistemas, isolados, são perfeitos, e o máximo a que se pode chegar é uma melhora de aproximadamente 30% a 40%.

As diferenças entre um Turbocompressor e um Supercharger é a fonte de energia, já que alguma coisa tem de mover esses compressores. O Supercharger, como vimos na outra matéria, é acionado por uma correia ou engrenagens, pelo próprio virabrequim. O Turbocompressor é um compressor centrífugo, acionado pelo fluxo de gases do escapamento, que passa pelo rotor da turbina e aciona o rotor do compressor – um rotor de cada lado, acionados por um eixo único. Teoricamente, o Turbocompressor é mais eficiente por utilizar a energia cinética dos gases queimados pela explosão para funcionar, e não “pesa” no motor como o Supercharger, mas essa eficiência é relativa, ao se observar que o Turbocompressor cria contrapressão no sistema de escape, e só funciona bem em rotações elevadas… exatamente o contrário do Supercharger, que só atua bem em baixas e médias rotações. Adiante, você entenderá porque volta e meia eu friso essa diferença.

Muito bem, com o aumento da densidade do ar causado pela compressão forçada pelo Turbocompressor, tem-se de adicionar mais combustível para equilibrar a mistura que será empurrada para a câmara de combustão, que produzirá mais energia a cada ciclo. Isso porque, com 1 kg/cm² de sobre pressão, o motor estaria trabalhando com 2 atmosferas, que é o dobro de ar que estaria no mesmo espaço físico, porém sem alterar as dimensões do cilindro. Então, a matemática elementar nos diz que devemos dobrar a quantidade de combustível nesse ar comprimido, para que a mistura permaneça estequiométrica – equação química, usada em termodinâmica em referencia a mistura perfeita de ar e combustível – mas não é o que acontece, e não se consegue dobrar a potência do motor assim porque o excesso de compressão e a velocidade da turbina, que chega a 150 mil Rpm, 30 vezes mais do que no motor naturalmente aspirado, aquece demais o ar, reduzindo sua densidade, e se não for empregado um Intercooler – trocador de calor – a perda causada por esse efeito é muito grande, e a energia extra fica, mesmo, na casa dos 30% a 40% e só. E em giros altos. Frisei de novo.

Sabendo de tudo isso que já sabemos, então é só ir ali na lojinha, comprar um Turbocompressor e colocar no carro, né? Não. Nos carros mais velhos, com carburadores, é muito mais fácil aumentar a entrada de combustível, trocando giclês, injetores e arrombando venturis e janelas, para se ajustar ao novo fluxo de ar que entrará nos cilindros. Nos carros atuais, com injeção eletrônica ou direta de combustível, as coisas se complicam, e não é mais na “Oficina do Azeitona” que consegue-se instalar e acertar adequadamente um Turbocompressor.  Isso porque qualquer um dos sistemas de injeção depende de sensores de oxigênio no coletor de escapamento, que lêem se a relação ar-combustível está correta, e quando a leitura mostrar que está faltando combustível, os módulos tentarão corrigir a falha automaticamente, tentando enviar mais combustível para a mistura. Se os cálculos não forem corretos, esse sistema vai falhar e não fornecerá combustível suficiente, porque o software do módulo de injeção não permitirá que isso ocorra, já que nem a bomba, tampouco os bicos injetores serão capazes de acompanhar o fluxo necessário. Aí, outras modificações terão que ser feitas, e, como eu disse, não adianta mais ir em qualquer oficina, sem recursos computadorizados. Então, cuidado; de Professores Pardais o mundo está cheio e o Brasil mais ainda.

Bom, eu frisei várias vezes que ambos os sistemas de sobrealimentação do motor são ineficientes. As montadoras sabem disso, e o custo de um Supercharger ainda é bastante alto, por conta de sua usinagem. O Turbocompressor é bem mais barato, mas também é um componente dispendioso. Lembre-se que qualquer montadora sangra literalmente quando tem de acrescentar um Dólar que seja em sua linha de montagem. Dessa forma, entendem que é mais negócio aumentar a compressão interna do motor, reduzindo sua durabilidade e escondendo a ineficiência da aspiração natural do que dotar o motor com compressores para resolver de vez o problema.

Interessante que a indústria de motores aeronáuticos não pensa assim, e desde a II Guerra Mundial os motores a hélice são Turbocomprimidos. No entanto, parece que uma luz anda brilhando no fim desse túnel, e essa luz é proveniente da Alemanha. Me é absolutamente impossível acreditar que apenas as montadoras de Ingolstadt, Bavária e Stuttgart tenham descoberto o sistema que vem empregando atualmente, porque todos os fabricantes do mundo forneceram motores aeronáuticos, mas parece que só os alemães conheciam os efeitos do ar rarefeito. Vamos dar uma rápida olhada nessa luz, que de nova não tem nada, mas virou coqueluche:

Como sabemos agora, o motores com Supercharger, por serem mecânicos, não apresentam o chamado turbo-lag, que é essa ausência de atuação do Turbocompressor em giros mais baixos, por serem acoplados diretamente ao virabrequim, o que consume parte da energia extra que geram. Sua construção, embora mais simples por não serem necessárias coisas como válvula de alívio de pressão (Wastegate, Popoff ou Blowoff), que é regulada pela relação dos diâmetros das polias, o que limita sua eficiência em giros altos, e como já mencionado, sua usinagem é bastante cara. O Turbocompressor, por seu lado, aproveita a energia que seria jogada fora pelo escapamento, para aumentar a massa de ar para o motor, em giros mais altos, e sua construção é bem mais em conta. A esmagadora maioria dos motores dos modelos de médio porte para cima tem configuração em V, ou mesmo VR, como gosta muito a Volkswagen (é em V, bem estreito, com apenas um cabeçote).

A instalação de um Turbocompressor em motores em V são complexas, geralmente com uma unidade em cada lado, a conhecida configuração Twin-Turbo, enquanto o Supercharger tem encaixe natural e só se usa um. Então, como um supre a deficiência do outro e, juntos, produzem um motor fenomenal, a Audi por exemplo está equipando todos os seus modelos com motores – em linha e em V – batizados como TFSI – Turbo-Charged Fuel Stratified Injection – que, como você já deve ter deduzido, trata-se da união das duas tecnologias, ainda mais desenvolvidas, por empregar um Supercharger tipo Root já na versão TVR, que “empurra” o motor das baixas até as altas rotações onde seu funcionamento “apaga”, momento esse em que entra em ação o Turbocompressor, com resfriador do ar de admissão, para completar o serviço de aumentar cada vez mais a potência, apoiados pela injeção direta estratificada de combustível (é injetada diretamente na câmara de combustão, e não no coletor de admissão). Assim, seu motor de 4 cilindros em linha, 2,0 litros de volume tem 200 Cv de potência. Seu V10, 5,2 litros de volume, tem 550 Cv. Viu como se aproxima muito a relação volume x potência? Bom, o fato é que finalmente encontraram a fórmula de se arrancar o máximo possível de potência de um motor sem mexer dentro dele. O fato de que metade dessa potência continua sendo jogada fora, é outra conversa!

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