Turbo
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.
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 causando assim uma deficiência no funcionamento, pois o cilindro não é totalmente preenchido.
A segunda forma se dá através da colocação de um sistema de compressão de ar que seria um turbo compressor ou compressor mecânico.
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 tubo 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 apenas em motores de explosão 4 tempos, pois motores 2 tempos exigem a transferência de ar pelo virabrequim, com o turbo isso fica impossível pois a quantidade de ar seria muito grande e impossibilitaria a explosão, pois a mistura ficaria pobre. 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 fazer necessárias alterações estruturais em outras parte 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 correcta 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 económicas, tecnológicas e ecológicas.
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