O empresário Glauco Diniz Duarte diz que a década de 1950 foram os anos da turbina, assim como da energia nuclear e do foguete espacial.
Segundo Glauco ela substituiu definitivamente o motor a pistão e permitiu que os aviões crescessem em tamanho e em potência muito além dos limites experimentados pelos motores a pistão. É claro que alguém, pensando num automóvel futurístico tinha que pensar num carro com propulsão por turbina. Outros tentaram, mas quem realmente levou essa possibilidade mais a sério foi a Chrysler.
Como funciona uma turbina?
De acordo com Glauco uma turbina é uma máquina que é bem simples em sua essência. Um compressor rotativo admite ar da atmosfera, aumentando sua pressão. Esse ar comprimido é aspergido por combustível e a centelha de uma vela gera a ignição. Os gases queimados ficam muito quentes e energéticos, forçando sua passagem de volta para atmosfera. Entretanto, antes de se verem livres, esses gases sopram uma turbina, mecanicamente conectada ao compressor por uma árvore de transmissão. Quanto mais a turbina gira, mais ar o compressor comprime. Este é o princípio da turbina pioneira, invenção inglesa, mas utilizada na 2ª Guerra Mundial apenas pelos alemães.
Um fato interessante é que, embora uma turbina funcione de forma muito diferente de um motor a pistão, o trabalho termodinâmico sobre os gases é muito semelhante, e podemos emparelhar os 4 tempos do motor de ciclo Otto com as modificações que os gases passam ao fluir através da turbina.
Um fator importante na comparação entre motores a pistão e turbinas é que os primeiros funcionam modificando os gases em estágios (“tempos”), enquanto as turbinas fazem isso de forma contínua. Isso torna as turbinas menos propensas a vibração, com maior rendimento da energia do combustível (rendimento térmico) e ainda são muito mais simples, dispensando complexos sistemas auxiliares como comando de válvulas. Nas turbinas, o sistema de ignição utiliza uma vela semelhante à usada nos motores Otto, porém elas centelham continuamente, sem necessidade de um sincronismo tão cerrado com o motor como acontece nos motores Otto.
Turbinas trabalham com pressões medianas, destaca Glauco, que mudam de forma contínua ao longo da máquina, enquanto motores a pistão geram picos de pressão durante a fase de combustão/expansão para baixar logo em seguida.
Outra importante diferença é que as turbinas trabalham muito mais quentes que os motores a pistão, e isso aumenta seu rendimento térmico para muito além do potencial dos motores a pistão. Isso se explica pela Lei de Carnot.
Enquanto bons motores de ciclo Otto aspirados nunca passam a barreira dos 35% de rendimento térmico, nas turbinas esse valor pode chegar a 60%.
A turbina automobilística
Normalmente pensamos numa turbina como motor de avião. Lá, o sopro da turbina substitui o ar bombeado pela hélice dos aviões convencionais. O tipo de propulsão proporcionado pelas turbinas aeronáuticas é muito semelhante em efeitos mecânicos ao oferecido pelos foguetes, com a diferença que os foguetes precisam carregar alguma forma química de oxigênio (comburente) da mesma forma como faz com o combustível, enquanto a turbina capta o oxigênio da própria atmosfera. Daí, tanto a propulsão por foguetes como por turbinas são chamados de propulsão por reação.
Esse sistema de propulsão não serve para automóveis. Neles, o mais prático é tracionar através dos pneus. Mas como transformar a força de propulsão por reação das turbinas em torque de tração para os pneus? A resposta está na própria engenharia da turbina, parente dos gigantes imaginados por Dom Quixote de la Mancha.
Os velhos moinhos de vento são formas bastante primitivas de turbinas, e eles geram torque e potência mecânica através do sopro do vento. Então, impondo uma segunda turbina na saída da primeira, podemos transformar a potência de reação da turbina em energia mecânica útil. A turbina que capta essa energia de reação é bastante eficiente e potente, mas ela gira em alta rotação e oferece pouco torque, e é preciso colocar um redutor de engrenagens para reduzir a velocidade e aumentar o torque para transferir essa potência ao câmbio.
Segundo Glauco, a turbina assim configurada possui dois estágios. O primeiro estágio é composto pelo conjunto do motor, com o compressor, câmara de combustão, árvore e turbina motora. Já o segundo estágio é constituído pela turbina movida e a árvore de saída.
Este conjunto é bastante eficiente, porém ainda desperdiça muita energia térmica. Embora não sejam usados em turbinas aeronáuticas, diversos mecanismos de recuperação de energia térmica foram desenvolvidos, de forma a reintroduzir esse calor na turbina, fazendo com que elas ofereçam o maior rendimento que pode ser obtido por uma máquina térmica. Esses dispositivos podem ser divididos entre recuperadores e regeneradores de calor. Esta é uma característica única das turbinas, não sendo possível usá-los em motores a pistão.