De acordo com o empresário Glauco Diniz Duarte os turbocompressores são movidos pela energia de escape, e quanto maior o volume de gases maior será a velocidade do turbo. Só que, vocês já pararam pra pensar no que acontece se não houver um meio de controlar o fluxo de gases que entra na turbina? Como vocês devem ter imaginado, ela vai acelerar até o limite de vazão dos gases. Mas junto com essa aceleração descontrolada várias situações de alto risco acontecem, Glauco lista algumas abaixo:
Dano ao motor pelo excesso de pressão de admissão;
Dano ao conjunto móvel do turbo por sobre velocidade;
Ocorrência de surge no compressor
Segundo Glauco é necessário um meio para, a partir de um ponto determinado, controlar o fluxo na turbina e consequentemente a pressão de saída do compressor. Essa função é executada por uma válvula de by pass, a wastegate. Ela permite a passagem dos gases para o duto de escape sem que eles passem pelo rotor. Há dois tipos de válvula. As internas, que ficam localizadas na própria voluta da turbina, e as externas, que são instaladas no coletor de escape antes da turbina. Em instalações OEM normalmente encontramos turbos com wastegates integradas, pois a otimização de espaço e custo pesam muito no projeto de um fabricante de carros. Para aplicações customizadas uma válvula externa oferece mais opções em instalação e melhores resultados em controle.
Assim, destaca Glauco, como o sistema de refrigeração, a instalação de uma wastegate externa pede atenção a certos detalhes para que ela tenha o melhor controle possível. Primeiro, a pressão de referência para a cabeça da válvula deve vir preferencialmente do compressor, pois a referência deve evitar oscilações significativas. Segundo, a wastegate deve ter sua tomada instalada de preferência em oposição ao fluxo de entrada da turbina. Como mostra a foto acima, a válvula foi instalada numa curva, de forma que o fluxo vai de encontro à face do pluge. Essa configuração faz com que a força de oposição gerada pelos gases de escape não sofra amortização. Com essas duas atitudes o controle de pressão será mais confiável.
Além do controle da pressão e velocidade do turbo, precisamos garantir a segurança do compressor. Quando a borboleta fecha e o compressor continua enviando ar pelos dutos de admissão, o fluxo cai e a pressão se eleva a ponto tal que o volume localizado na descarga do compressor possui muito mais energia que aquele localizado na admissão do compressor. Esse diferencial alto associado ao baixo fluxo no sentindo da admissão, criam uma tendência de inversão do fluxo. A inversão ocorre até o momento quem que o diferencial de energia cai, mas o ciclo se repete mais vezes. A esses eventos damos o nome de surge. O vídeo abaixo mostra o surge ocorrendo em uma turbina industrial. Vejam como a manta filtrante na admissão do compressor é soprada para longe e a pressão na descarga oscila acima e abaixo do valor de operação normal. Isso se deve à reversão do fluxo. O som da reversão também é bastante característico do surge.
Glauco explica que o surge é maléfico ao turbo devido aos esforços aplicados ao eixo e principalmente ao mancal de escora. Todo o conjunto rotativo é deslocado de encontro à voluta do compressor, como o mancal de escora é projetado para conter esse movimento, este acaba recebendo toda a carga anormal nesse deslocamento. Além disso, durante o surge o compressor é desacelerado bruscamente, enquanto a turbina mesmo que por frações de segundo mantém a mesma velocidade e potência. Então o eixo recebe essa carga sofrendo torção. Então agora você entende porque o surge é tão perigoso. Se ele acontecer seguidamente, tenham certeza que vamos achar partes do turbo dentro das câmaras.
Então como proteger o seu turbo contra o surge? Simples, instale uma válvula de alívio. A válvula de alívio, também conhecida como blow off valve (BOV), atua no momento em que em que a pressão no duto de descarga eleva-se acima do valor ajustado, aliviando parte da pressão contida ali e assim afasta o risco de reversão do fluxo de ar. Essa válvula pode aliviar para a atmosfera (com aquele espirro característico) ou para a admissão do turbo, tornando o sistema silencioso, por isso essa opção normalmente é adotada para os veículos turbo de fábrica.
Glauco diz que a válvula de alívio deve ser instalada entre o turbo e a borboleta, antes de qualquer injeção de combustível, para que a mistura inflamável não seja liberada dentro do cofre. Ela deve estar o mais próximo possível da borboleta, pois é ali onde se inicia a onda de elevação da pressão no duto. A válvula deve ser instalada após o intercooler. Pois este possui uma grande capacitância, o que interfere na atuação da válvula e põe em risco o compressor. Outro ponto importante é que a blow off deve receber uma referência de pressão vida do próprio duto de admissão antes da borboleta, pois este sinal serve para equalizar a força de atuação sobre o plugue da válvula, permitindo assim que somente a força da mola seja responsável pelo set de atuação.
Outra forma de proteção criada pelos fabricantes é a recirculação dinâmica. Ela ocorre no momento em que a pressão na área dos orifícios de sangria se eleva acima do que seria o normal para aquele ponto. O surto de pressão nesse ponto só ocorre se houver um surge acontecendo. Então nesse momento a onda de pressão entra pelos orifícios e recircula para a admissão do compressor, dessa forma o fluxo inverso é evitado em parte, reduzindo a quantidade de energia que passaria por todas as lâminas do rotor.
Essa mudança além de proteger de eventos específicos, como o fechamento da borboleta, faz a linha de surge recuar nas zonas de maior compressão. O exemplo de mapa acima mostra na zona em verde o quanto a linha de surge (vermelha) recua. Isso permite que o turbo trabalhe com pressões mais altas em vazões mais baixas, o que significa que compressores maiores podem ser acoplados a turbinas menores e assim um range maior de configurações é possível.