Turbo

O Turbo é utilizado com o artifício de aumento da potência em motores a combustão. Por tanto, é empregada uma peça existente como turbo; turbocompreessor(Chamado também de turbina; turbinacompressora etc.). Simplesmente não é a peça de mecânica compressor que usa parte do torque do motor para funcionar, também conhecido como compressor mecânico.

Exemplos de carros turbo-alimentados:

Audi (A3 1.8 T 150cv, A3 1.8 T 180cv, S3 225cv, A3 2.0 FSI 200cv; A3 1.9 TDI 130cv)
Bugatti (Veyron quadri-turbo +1000cv)
Fiat (Marea Turbo 182cv, Tempra Turbo/Stile 165cv, Uno Turbo 118cv, Grande Punto 1.4 155cv ou Coupé 20v Turbo 220cv))
Mazda (CX-7 245 Hp)
Peugeot (207 1.6 THP 165cv, 308 1.6 THP 165cv)
Opel Vauxhall GM (Astra 2.0 16V Turbo 200cvs, Astra VXR 240cvs, Zafira OPC 200cvs, Zafira VXR 240cvs)
Volkswagen (Golf GTI 1.8L 20v 193cv com gasolina podium ou 180cv com gasolina comum, Gol 1.0L 16v Turbo 112cv)
Porsche (Porsche 911, actualmente com 620cv na versão GT2 RS)
Lancia Delta (1.8 16v com turbo + compressor 215cv)]

Carros que usam compressor:

Ford (Fiesta 1.0 Supercharger 95cvs, EcoSport 1.0 Supercharger 95cvs)
Mercedes-Benz (SLK 230 Kompressor, SLR McLaren, C230)
Jaguar (XKR, XJR)
Lancia Delta

Princípio

O turbo-compressor, conhecido apenas como turbo, foi inventado pelo engenheiro Suíço Alfred Buchi em 1905. Em 1920 foi utilizado em locomotivas a diesel, sendo aplicado, pela primeira vez, num motor não diesel na General Electric. Nos dias de hoje, eles equipam 100% das locomotivas a Diesel, Motores Diesel de grandes navios, e Motores a Diesel.

A Renault foi a primeira equipe de Formula 1 a usar o turbo em 1977, proibido em 1989 pela FIA. Porém em 2014 os motores turbo voltaram a equipar os carros da categoria.

Sabe-se que o torque de um motor está diretamente relacionado à massa de ar que o mesmo consegue aspirar por ciclo de admissão. O turbo comprime o ar antes de ser admitido pelo motor. Assim, dado um mesmo volume de ar, têm-se muito mais massa de ar devido à compressão.

Um turbo-compressor pode ser dividido em duas partes: a turbina (também conhecida como parte quente) e o compressor (parte fria), o nome se dá devido à diferença de temperatura das duas partes que pode exceder centenas de graus durante o trabalho.

Mecanismo

A turbina utiliza a energia cinética oriunda dos gases de escape do motor para acionar o compressor. Esta, por sua vez, através de um eixo, transfere esta energia ao compressor localizado na admissão do motor. Ao atingir determinada rotação e carga, o compressor começa a gerar pressão positiva no coletor de admissão. Ou seja, ele aumenta a massa de ar que o motor admite por ciclo, fazendo isso ao comprimir o ar (e com isto adiciona calor ao ar, com aumento da entropia), fazendo que o motor consiga obter um desempenho muito maior do que o normal.

Motor aspirado e Compressor mecânico

A Primeira forma, motores aspirados são os que não utilizam de nenhum artifício para aumento do fluxo de ar a não ser a aspiração natural resultante do movimento de descida do pistão no início de cada ciclo. Neste movimento o pistão gera vácuo parcial, que resulta na entrada de ar, pois a pressão no cilindro é menor que a atmosférica. No entanto, a massa de ar admitida é menor que a correspondente ao mesmo volume à pressão atmosférica, o que limita a quantidade de combustível que é possível queimar.

A segunda forma se dá através da colocação de um sistema de compressão de ar que seria um turbo compressor ou compressor mecânico. Neste caso, sendo a massa de ar maior, é possível queimar mais combustível por ciclo e, assim, aumentar a potência para a mesma cilindrada.

Ainda hoje, as fábricas preferem adotar o aumento da compressão interna do motor reduzindo a durabilidade dos mesmos, camuflando a ineficiência da aspiração natural ao invés de adotar o turbo como solução definitiva para esse problema. Essa atitude tende a ter um fim, visto que a globalização da informação e as exigências relativas à preservação do meio ambiente são cada vez mais evidentes.

Os motores equipados com compressor mecânico não apresentam o turbo-lag e se baseiam em princípio semelhante ao turbo-compressor. Contudo a energia necessária para seu funcionamento, parte directamente do motor. Uma ligação por correia em um sistema de polias entre o virabrequim e o compressor.

O compressor mecânico é mais simples: sua pressão se auto limita, sendo desnecessária a válvula de alívio do motor turbo. A pressão é limitada pela relação de diâmetros entre as polias do virabrequim e do compressor.

Nesse sistema, a admissão do ar chega ao patamar de óptima qualidade, onde a necessidade do ar da admissão é suprida com quantidade compatível ao tamanho do cilindro e isso desde a marcha lenta.

Sendo um sistema muito utilizado em motores com disposição dos cilindros em V (V6, V8, V12...), pois a instalação do turbo se torna complexa e bastante trabalhosa ao ter que unir a saída dos gases, que ficam em lados opostos do motor, enquanto as entradas ficam justamente no vão interno e como o compressor não depende da saída de gases e as entradas estão próximas a sua instalação é bem mais simples. Motores em "V" turbo-alimentados normalmente utilizam duas ou mais turbinas.

O turbo-compressor tem a grande vantagem de aproveitar a energia - conforme explicado acima - que seria descarregada ao ambiente pelo duto de escapamento para aumentar a massa de ar admitida pelo motor enquanto o compressor de polias consome parte do torque do motor para o mesmo efeito. O baixo custo de instalação e o alto ganho de potência do turbo-compressor são responsáveis por sua popularização.

Contudo, o turbo-compressor e o compressor mecânico têm um ponto em comum: ambos têm duas variáveis para a geração de pressão. São elas: a carga do motor e a rotação. Em ambos é possível ter alta rotação praticamente sem pressão positiva, dependendo de como fora feita a instalação do sistema.

Para a protecção do sistema turbo-compressor e motor, a pressão máxima admitida pelo motor é limitada por uma válvula wastegate ou válvula de alívio. Em alguns carros turbo originais de fábrica (equipados com injecção electrónica) a actuação da válvula wastegate geralmente é controlada pela central da injecção electrónica num sistema denominado de "overbooster".

Outro meio de controlar a pressão máxima gerada pelo turbo é a válvula "Pop off", que fica localizada na admissão do motor, antes da borboleta de aceleração. O controlo da pressão é um pouco diferente: enquanto a válvula wastegate desvia uma parcela dos gases de escape, controlando o fluxo de gases para a turbina, a válvula Blow off desvia uma parcela do ar comprimido pelo turbo. Assim a turbina está girando sempre na rotação máxima, causando desgaste consideravelmente maior.

Contudo, ao utilizar a válvula Pop off, as retomadas de velocidade ficam superiores às de um veículo que utiliza waste gate. Essa característica é desejada somente em competições em circuitos, pois em um veículo de "arrancada" não existe retomada de velocidade e para um veículo de uso em rua o desgaste mais acentuado não compensa o ganho.

Em um motor com Turbo, não só a carência de ar no interior da câmara de combustão é suprida em quantidade desejada, como a velocidade da admissão do ar chega a níveis máximos, eliminando a perda de tempo que o ar gastaria para encher pelas válvulas o interior do motor.

Também vale ressaltar que a possibilidade de ganho de potência apresenta resultados surpreendentes em carros de rua de (50% à 300%), praticamente apenas com simples ajustes.

Com o auxílio da eletrônica embarcada (gerenciamento de injeção favorecendo o fim do turbo-lag que foi caracterísca de carros carburados e adoção de módulos de gerenciamento auxiliares) o turbo/compressor torna-se a melhor opção para motores de baixa cilindrada usados em carros populares pois seguramente pode-se executar ultrapassagens e subir ladeiras como se estivessem em veículos com motores maiores.

Os turbos ganham espaço na engenharia automotiva com a comprovada redução das emissões de CO² nos motores originais de fábrica. Como as emissões estão na ordem do dia, os turbos partem para uma nova era de aproveitamento energético mais eficiente em propulsores menores e mais econômicos. A indústria pega a onda e a Honeywell mostra em palestra em São Paulo que a tecnologia promoveu a redução de 11% nos níveis de emissões e irá contribuir para as metas estabelecidas até 2012.

Aplicações do turbo

Podem ser aplicados em motores de ciclo 4 tempos, pelo processo tradicional largamente divulgado e também existem motores de 2 tempos com Turbo, mas que requer um processo complexo desde o projeto e construção do turbo, porque os motores 2 tempos a entrada de ar nos cilindros ocorre através das janelas laterais das camisas que ocasiona baixa capacidade de aspirarão do ar, pois o curso do pistão apos abrir as janelas e muito pequeno, o que obriga que o Turbo tenha um sistema de acionamento mecânico para fornecer ar desde o primeiro instante da partida do motor, Motores 2 tempos a gasolina não tem válvulas, apenas as janelas, Motores 2 tempos a Diesel, tem apenas as válvulas de escape, o sistema de acionamento mecânico desses turbos e feito através de conjunto de engrenagens acionadas pelo motor motor formando um multiplicador em alguns casos de 20 vezes o RPM do motor, um sistema de embreagem especial dentro do Turbo, desacopla o acionamento quando os gases de escapamento atingem maior temperatura, que ocorre com potencia de 60% a 70% do motor, passando o Turbo a ser acionado somente pelos gases de escapamento. Em caso de turbos adaptados, o ganho excessivo de potência (acima de 50%) pode acarretar em diminuição da vida útil do motor. O exagero no aumento da força pode exigir alterações estruturais em outras partes do motor e até no chassis no veículo, que pode vir a sofrer torção.

O uso do turbo compressor está associado a um maior consumo de combustível erroneamente, pois o sistema apresenta uma correta optimização da alimentação do motor, por muitas vezes a forma desportiva inconsequente de condução do veículo é de fato a verdadeira causa do maior gasto. Num futuro próximo é possível que todos os veículos com motores à explosão tenham o sistema já instalado de fábrica por razões econômicas, tecnológicas e ecológicas.

A divulgação principal de uso no dia a dia, se concentra no Turbo para automóvel, mas no segmento de motores Diesel o Turbo equipa 100% dos motores projetados e fabricados no mundo, tornando-se tão indispensável que em alguns projetos o Motor Diesel não funciona sem o Turbo. No motor Diesel a eficiência é necessária, equipamentos mais antigos tinham eficiência muito baixa, 0,80 a 0,90 kg/cm2 de ar a cada 1,00 kg/cm2 de gases de escapamento, mais conhecida como eficiência 0,90:1, existem hoje Turbos com eficiência de 5:1 (apenas motores Diesel muito pequenos 1 a 2 cilindros, não tem Turbo)

Fontes

Afonso, Wilker; Cartaxo, Iran. «Turbo». Consultado em 12 de dezembro de 2007
Bell, Corky. Maximum boost: designing, testing and installing turbocharger systems. Cambridge, MA, USA. Bentley publishers, automotive books and manuals.1997