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os carros turbinados tivessem maior potência, eles consumiam muito devido a isto. Os motores turboalimentados tiveram sua fixação no mercado nos anos 80, devido a utilização em motores a diesel para caminhões, onde mostraram-se mais eficientes, aumentando a potência, diminuindo o consumo e a emissão de gases poluentes. A partir daí, aumentou-se cada vez mais a utilização do turboalimentador em motores a diesel, tanto que hoje no ano 2000, praticamente 100% dos caminhões comercializados no Brasil são turbinados de fábrica. O Turboalimentador 148 Turboalimentador é uma máquina simples, nada além de um compressor que é acionado pela energia dos gases de combustão que saem do motor. De toda a energia fornecida pelo combustível no processo de combustão de um motor, aproximadamente 1/3 (um terço) é transferido para o sistema de refrigeração, 1/3 (um terço) é utilizado como energia mecânica acionando o virabrequim e 1/3 (um terço) é lançado pelo escapamento ao ambiente como forma de calor. É este último 1/3 da energia que podemos utilizar para acionar a turbina, e sobrealimentar o motor através de um compressor, para aumentar a potência deste. A Figura 115 e a Figura 116 mostram, em corte, um turboalimentador e a Figura 117 mostra um motor turboalimentado de um carro de competição. Neste capítulo analisaremos as formas de aumentar a potência de um motor, o funcionamento de um turboalimentador, o consumo, a durabilidade e a manutenção de um motor turboalimentado. Figura 115: Turboalimentador em corte 149 Figura 116: Turboalimentador em corte Figura 117: Motor turboalimentado Aumentando a potência do motor Para um motor de combustão interna, a equação abaixo mostra as variáveis que determinam sua potência: S NVHP dvtm ..2 ..... λ ρηηη ⋅ = onde: ηm – Eficiência mecânica; 150 ηt – Eficiência térmica; ηv – Eficiência volumétrica; ρ - Densidade do ar no coletor de admissão; H – Poder calorífico do combustível; Vd – Deslocamento (cilindrada); N – Número de rotações por unidade de tempo; λ - Razão ar-combustível relativa; S – Valor estequiométrico. A razão de analisarmos essa fórmula é para verificarmos onde realmente podemos alterar o motor para obtermos uma maior potência. Vamos analisar algumas variáveis e decidirmos se é viável alterá-la ou não: • A melhoria da eficiência mecânica ηm (redução de atrito) não aumentaria muito a potência do motor; • Nos motores de hoje, a eficiência volumétrica ηv já é das melhores (em torno de 80 a 90%), sendo assim, não conseguiríamos um grande aumento da potência com o melhoramento desta; • O poder calorífico do combustível (H), uma vez que nos interessa a análise de um modelo convencional, não pode ser alterado, pois compramos o combustível nos postos, e esse tem seu valor fixo determinado por lei; • A cilindrada (Vd) pode ser alterada aumentando o diâmetro dos cilindros ou ainda, aumentando o curso do pistão, porém não é essa a nossa intenção, e sim, aumentar a potência do motor sem aumentar a cilindrada deste; • O número de rotações por unidade de tempo (N) é limitado, pois um motor projetado para trabalhar a 6000 RPM (rotação máxima), e passar a trabalhar com 7500 RPM, por exemplo, aumentará drasticamente as cargas inerciais do motor, ampliando em grande proporção as chances de quebra deste. Com isso, concluímos que o aumento de N não é viável para aumentarmos a potência de um motor; • Podemos ainda aumentar a densidade de ar no coletor de admissão (ρ) que teremos um aumento da potência do motor. Este último, ao nosso ver, é a opção mais viável, pois consegue-se grandes aumentos da potência para um mesmo motor, apenas utilizando um equipamento que faça essa função de aumentar a densidade do ar. Dentre os equipamentos existentes hoje, como compressores centrífugos, compressores de parafusos (blowers), compressores de pistões, etc, estudaremos os turboalimentadores, pois compreendemos que esse é o mais viável levando em conta seu custo/benefício. Funcionamento do Turboalimentador O turboalimentador, também chamado de turbomáquina, é uma máquina térmica que tem a função de pressurizar o ar no coletor de admissão. “As turbomáquinas são máquinas rotodinâmicas nas quais o fluído de trabalho se desloca continuamente em um 151 sistema rotativo de pás (rotor), fornecendo ou absorvendo a energia, deste rotor, conforme seja turbina ou compressor respectivamente.” (FLORES, 198-, p. 108). O turboalimentador é composto por dois rotores e um eixo que os liga. Um dos rotores é a turbina, que tem a função de aproveitar a energia cinética dos gases de combustão que saem do motor e transformá-la em energia mecânica. O segundo rotor é o compressor que utiliza a energia mecânica cedida pela turbina para pressurizar o ar externo vindo do filtro de ar. Ao pressurizar o ar, aumenta-se a sua densidade (as moléculas de ar ficam mais “juntas”), com isso aumenta-se o número de moléculas para um mesmo volume. Para ocorrer uma combustão ideal, deve-se aumentar a quantidade de combustível na mesma proporção que é aumentada a densidade do ar. Então, aumentando a quantidade da mistura (ar + combustível) nas câmaras de combustão, aumenta-se a potência do motor. O turbo se baseia num eixo com dois rotores. Um deles (a turbina) é impulsionada pelos gases de escapamento, fazendo girar o outro rotor (o compressor), que admite o ar externo e o força para dentro dos cilindros. O motor ganha então condições de produzir potência bem maior, na proporção das dimensões da turbina e da pressão utilizada. (SAMAHÁ, 2000, p. 01) Com a introdução do turboalimentador, um aumento de potência pode ser obtido, com a mesma cilindrada e rotação, através do aumento da quantidade de mistura. A energia dos gases de escape, que seriam perdidos para a atmosfera, é utilizada para comprimir o ar a ser enviado ao motor, possibilitando o aumento da mistura. (TURBOMAC, 2000, p. 01). A Figura 118 ilustra de forma simplifica o funcionamento de um turboalimentador em um motor de combustão interna, e a Figura 119 mostra de forma esquemática um turboalimentador em funcionamento. 152 Figura 118: Funcionamento de um turboalimentador Figura 119: Turboalimentador em funcionamento Consumo de um motor turboalimentado Como já sabemos, um turboalimentador tem a finalidade de aumentar a potência de um motor, porém em relação ao consumo, há uma grande discussão sobre os motores turboalimentados. Para avaliarmos o consumo de um motor turboalimentado, devemos analisar duas constantes: a potência e a cilindrada. Comparando dois motores, um aspirado e outro turboalimentado e ambos tiverem a mesma potência, mas cilindradas diferentes (o motor turbinado terá cilindrada menor), o motor turboalimentado terá um consumo de 5 a 10% menor. Por exemplo se compararmos um automóvel Gol GLS 2.0 MI, com motor de 1984 cm³, potência final de 111CV, a 5250RPM, consumo de 12,49km/l a uma velocidade de 100km/h, conforme a Revista Quatro Rodas de 12/1997 e um automóvel Gol 1.0 16V Turbo, com motor de 999 cm³ turboalimentado, aumento de pressão de 1,4kgf/cm², potência final de 112CV, a 5500RPM, consumo de 13,36km/l a uma velocidade de 100km/h, conforme Revista Quatro Rodas de 06/2000, veremos que a potência dos dois motores é praticamente a mesma (diferença menor que 1%), porém o consumo do motor turboalimentado é menor na ordem de 6% em relação ao motor aspirado. Porém se compararmos dois motores de mesma cilindrada, um turboalimentado e outro aspirado, veremos que o motor turbinado terá um consumo maior (em torno de 20 a 30%), mas em contrapartida, terá um aumento de potência
