De acordo com o empresário Glauco Diniz Duarte, a potência gerada pelos motores de combustão interna é proporcional a massa de ar (nos ciclo diesel) ou mistura ar-combustível (nos ciclo Otto) introduzida dentro dos cilindros, e dependendo desses valores podemos classificar a eficiência de “enchimento” interno dos cilindros pelo próprio motor, também conhecido como rendimento volumétrico.
É nesta variável que a indústria automobilística tem atuado de forma contumaz para elevação desse índice.
Segundo Glauco, os resultados alcançados são altamente satisfatórios em relação aos demais rendimentos (térmico e mecânico), que também influenciam diretamente na potência, mas que muitas vezes demandam soluções mais complexas.
Glauco explica que existem três maneiras clássicas de inserir a massa fluída (massa de ar) dentro dos cilindros, por aspiração natural, sobrealimentação por compressor mecânico (Blower) ou sobrealimentação por turbocompressores.
Glauco destaca que os motores turboalimentados visam corrigir as deficiências produzidas pelos modelos naturalmente aspirados, na qual a introdução da mistura é feita através da ação da pressão atmosférica, somada a depressão (vácuo) gerada no tempo de admissão. Como principal dificuldade temos a de preencher totalmente os cilindros com a mistura ar-combustível, ou somente ar (no caso dos motores diesel) devido as perdas de carga geradas no sistema de admissão (restrição do filtro de ar, tubulações e válvula). As respostas rápidas somente são obtidas quando submetemos o motor a rotações e cargas elevadas, que trazem alto consumo de combustível e comprometimento da dirigibilidade.
Glauco afirma que o turbocompressor tem essa condição devido o fato de aproveitar a energia térmica e cinética produzida pelos gases de combustão (desperdiçados pelo motor) e transformar essas energias em movimento mecânico através de um sistema constituído por dois “caracóis” (tecnicamente conhecido por volutas), chamados popularmente de caracol turbina (carcaça quente) e caracol compressor (carcaça fria), nos quais são introduzidos em seus interiores dois rotores, um chamado rotor turbina e o outro rotor compressor, unidos pelo mesmo eixo que está montado numa caixa central. Este mecanismo faz com seja inserido a uma pressão maior que a atmosférica encontrada no ar ambiente, aumentado imediatamente a densidade do mesmo no interior do cilindro, em função da vazão dos gases de escape, proporcionadas pela rotação e carga imprimidas pelo motor, que são determinantes na eficiência do turbo.
Logo o turbo é uma máquina de fluxo (vazão) e podem-se construir curvas características (gráficos) como as utilizadas para bombas e ventiladores.
Os parâmetros que influenciam no mapa (característica) de cada turbo são:
– Número de pás do rotor compressor e turbina
– Peso do rotor compressor, turbina e eixo
– Configuração das pás do rotor turbina e compressor
-Diâmetros de entrada e saída das pás do compressor (Trim)
-Forma dos caracóis e suas dimensões (A/R)
-Formato dos bocais de entrada e saída na carcaça da turbina e compressor.
Esses gráficos são utilizados pelos fabricantes do motor para buscar uma melhor adequação entre as necessidades em termos de vazão de ar do motor e o turbocompressor.
O “trim” é um adimensional (valor sem unidade de medida) calculado pela divisão do diâmetro menor, pelo diâmetro maior do rotor compressor.
A relação A/R também é um adimensional e estabelece a proporção entre a área de passagem do fluído (massa de ar) na turbina/compressor e seu raio em relação ao centro da turbina/compressor.
Glauco diz que nos turbos convencionais quem determina a pressão de sobrealimentação máxima é o tamanho da carcaça quente (a tal relação A/R e o “trim”). Com as atuais necessidades de aplicações em motores de pequena e média cilindrada, onde o espaço do habitáculo do motor está comprometido, as reduções das carcaças quentes e frias foram inevitáveis, o que provocou altas pressões a elevadas rotações, que poderiam causar danos ao motor.
A estratégia adotada para resolver o problema foi introduzir uma válvula de alívio, conhecida pelo nome de “wastegate”, que tem como finalidade criar uma passagem alternativa para os gases de escape (by-pass), sem que estes incidam (atinjam) sobre as pás da turbina, reduzindo sua velocidade e consequentemente a pressão de sobrealimentação, a níveis compatíveis com a potência e torque desejados pelo fabricante.