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Turbo

Tópico em 'Mecânica' iniciado por Joao Cunha, 9 Fev 2008.

Tópico em 'Mecânica' iniciado por Joao Cunha, 9 Fev 2008.

  1. Entender o funcionamento e a evolução desse sistema tão eficaz para o aumento da potência.:feliz:

    Palavra mágica para os entusiastas por automóveis de alto desempenho, o turbocompressor -- ou simplesmente turbo -- tem sido um dos meios mais simples e eficazes de obter potência elevada sem grandes modificações no motor. Mas o que está por trás desse sistema, que começou nos carros desportivos e chegou a modelos acessíveis como o Golf 1,0 16V Turbo?
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    A sua receita é simples e conhecida como superalimentação. O motor produz determinada força apenas aspirando a mistura ar-combustível, pela sucção que se cria nos cilindros quando descem os pistões -- daí o termo aspiração natural, ou motor "aspirado" como se convencionou. Se essa mistura for "empurrada", o motor admitirá mais ar e combustível, e a potência certamente aumentará.

    É o princípio da eficiência volumétrica, que permite obter desempenho equivalente ao de um propulsor de maior cilindrada, sem os inconvenientes de peso e dimensões deste último. Outro benefício importante é a manutenção da potência em altitudes elevadas, onde o motor aspirado perde força à média de 1% a cada 100 metros de altitude.

    O turbo se baseia num eixo com dois rotores. Um deles (a turbina, ou parte quente) é impulsionado pelos gases de escapamento, fazendo girar o outro rotor (o compressor, ou parte fria), que admite o ar externo e o força para dentro dos cilindros. O motor ganha então condições de produzir potência bem maior, de acordo com as dimensões da turbina e a pressão de superalimentação utilizada.

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    911, o pioneiro Os primeiros automóveis com turbo foram da GM norte-americana, como o Chevrolet Corvair, no início dos anos 60. Problemas de confiabilidade e de turbo-lag, além da má fama do automóvel, limitaram seu êxito. Em 1973 era lançado o primeiro turbo europeu, o BMW 2002 Turbo, também com sérios problemas de turbo-lag.

    Esse feito, um retardo na atuação do turbo, era causado por dois fatores. De um lado, as grandes e pesadas turbinas então utilizadas, com uma inércia que exigia certa rotação do motor (em torno de 3.500 rpm) para ser vencida. De outro, os meios ainda precários de controlar a tendência à detonação- pois o turbo implica aumento importante de pressão dentro dos cilindros -- exigiam uma taxa de compressão muito baixa, com prejuízo ao desempenho até que o turbo passasse a "soprar".

    O resultado era um motor de duas personalidades, muito fraco até certo regime e explosivo daí em diante. O BMW 2002 era um caso típico de carro potente mas difícil de dirigir, mesmo por motoristas experientes. Com taxa de compressão reduzida de 9,5:1 para 6,9:1, obtinha potência de 170 cv e acelerava de 0 a 100 km/h em apenas 6,9 s, mas até nas pistas de competição dava trabalho aos pilotos, que tinham de lidar com as perdas súbitas de tracção nas saídas de curva.
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    O primeiro carro a contornar o turbo-lag, e por extensão a ter sucesso com o turbocompressor, foi o Porsche 911 Turbo -- ou 930 -- lançado em 1975. A marca de Stuttgart desenvolveu um sistema que permitia à turbina girar mesmo enquanto a pressão dos gases de escapamento não fosse suficiente. Com motor de 3,0 litros, este Porsche dispunha de 260 cv e alcançava 100 km/h em 5,6 s.

    Outra primazia do 911 Turbo, já na versão de 3,3 litros apresentada em 1978, foi o resfriador de ar ou intercooler. Similar a um radiador, o equipamento reduz a temperatura do ar que passou pelo compressor antes que se misture ao combustível. O ar frio é mais denso, ocupa menos espaço e por isso uma maior quantidade pode ser comprimida para dentro dos cilindros, o que aumenta o enchimento destes e, por consequência, o rendimento volumétrico. Também concorre para afastar o risco de detonação.

    Alívio e prioridade Quanto se fala em turbo, logo vêm à mente as válvulas de alívio (waste-gate) e de prioridade. A primeira evita que, com o aumento das rotações do motor, a pressão de superalimentação cresça indefinidamente e o danifique. Para tanto, desvia parte dos gases de escapamento quando é alcançada a pressão máxima predefinida na instalação ou regulagem do turbo. Como a turbina não recebe um volume maior de gases, tanto ela quanto o compressor não giram mais rápido, o que evita que a pressão suba além do limite.

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    Já a válvula de prioridade visa a evitar que, com o fechamento súbito da borboleta do carburador ou do corpo da borboleta (throttle-body) no caso de motor a injecção, o sistema receba um "choque" inesperado de pressão. Isso ocorreria porque a borboleta fechada impede o fluxo de ar, mas a inércia da rotação da turbina requer algum tempo para diminuir esta pressão.

    Esta válvula libera para a atmosfera o pulso de pressão que é gerado, provocando o conhecido "espirro" do turbo, que alguns apreciam. Mas os fabricantes de automóveis costumam conter esse ruído direccionando ao filtro de ar. Para evitar perdas, nos sistemas mais modernos esse pulso é realimentado no compressor, servindo para arrefece-lo, em efeito semelhante ao que acontece com a descompressão súbita do gás refrigerante de uma geladeira.

    O controle da válvula de alívio pelo sistema de gerenciamento electrónico dos motores actuais, uma das maiores evoluções sofridas pelo turbo nos últimos 10 ou 15 anos, trouxe uma importante vantagem: permitir que se estabeleça uma pressão máxima diferente em cada faixa de operação. Pode-se, por exemplo, limitá-la a 0,5 kg/cm2 até 3.000 rpm e a 0,7 kg/cm2 acima deste regime. Ou, ainda, elevar a pressão a 0,9 kg/cm2 por alguns instantes (o chamado overboost) para atender a uma solicitação maior de potência, como em uma ultrapassagem.

    Outra possibilidade, ainda mais interessante em um carro de pequena cilindrada, é que a válvula permita uma pressão mais elevada em médias rotações, ao redor de 2.000 a 3.000 rpm. Isso explica que motores como os do grupo Volkswagen -- do 1,0 do Golf aos 2,7 biturbo dos Audis S4, A6 e Allroad -- atinjam seu torque máximo em regimes tão baixos, praticamente eliminando o turbo-lag.

    A pressão é tão importante para o turbo que foi recorrendo a baixas pressões que muitos fabricantes chegaram a motores "civilizados", que se comportam como um motor de maior cilindrada desde baixas rotações. Como exemplo, o VW/Audi 1,8 de 20 válvulas passa de 125 para 150 cv com a adopção do turbo -- embora haja versões de até 225 cv do mesmo motor, claro que com fins mais desportivos.
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    Marcas como Volvo, Saab e Peugeot/Citroën também utilizam turbos que elevam em pouco a potência máxima, mas trazem ganho substancial em torque em todos os regimes.

    Turbo ou compressor? Diferente do turbo, o compressor centrífugo de accionamento mecânico (ou supercharger) não é accionado pelos gases de escapamento, mas por uma correia acoplada à polia do motor. Seu compressor é praticamente idêntico ao do turbo, mas não há turbina: em seu lugar fica a correia, que obtém energia através da polia para fazer funcionar o sistema e comprimir o ar.

    O compressor centrífugo aumenta mais o consumo em comparação a um turbo que resulte em mesma potência, pois este utiliza uma energia que seria desperdiçada -- a dos gases de escapamento -- para comprimir o ar. Já o compressor retira potência do motor através da polia para realizar a mesma tarefa. A potência obtida para uma mesma pressão é, pelo mesmo motivo, menor com compressor centrífugo que com turbo.

    Mas existem vantagens nesse sistema: é bem mais simples de montar e reverter; o ajuste de injecção e ignição é bem mais simples, pela homogeneidade de funcionamento; e apesar de seu compressor também precisar girar em elevada rotação para funcionar, o accionamento pela polia minimiza os efeitos de retardo de actuação.

    Por essa característica, de operar bem em baixas rotações, tem a preferência de diversos fabricantes, em geral para motores não-desportivos. É o caso da General Motors em seu tradicional V6 3,8, das inglesas Jaguar e Aston Martin e também da Mercedes-Benz nos motores de 2,0, 2,3 e 3,2 litros. Caso raríssimo de motor pequeno com compressor centrífugo é o Subaru Pleo de apenas 660 cm3 vendido no mercado japonês.

    Espero ter ilucidado :feliz:
     
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