Depois de um pouco de mercado e tecnologia, esta semana Auto para leigos entra em detalhes sobre um dos componentes mais usados nos modernos motores de combustão interna: o turbocompressor. Para amigos simplesmente “turbo”, apresentamos este componente inevitável seguindo o típico estilo anglo-saxão do 5W (Quem, O Que, Quando, Onde, Porquê) adaptado para descrever suas peculiaridades.
Quem inventou o "turbo"?
O turbocompressor é um componente mecânico nascido há mais de 100 anos pelo engenheiro suíço Alfred Büchi. Viveu na virada dos anos 900, esse inventor ficou fascinado com a ideia de aumentar a eficiência dos motores de combustão, recém-introduzidos nos motores a vapor e na esteira dos grandes sucessos automotivos da Ford do outro lado do oceano.
A patente número 204630, recebida em 6 de novembro de 1905 pelo então departamento alemão de marcas e patentes, descreveu uma "solução capaz de capturar o calor residual da combustão através de um compressor e uma turbina axial ”conectada ao mecanismo de produção de energia. A ideia em si era simples, embora na época ainda faltassem os materiais e as técnicas necessárias para aplicar essa tecnologia.
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Seguiram-se outras patentes que integraram a ideia do turboalimentador nos motores diesel recém-nascidos e para outras aplicações que não o setor automotivo, como naval, aeronáutica e industrial. Em 1930 esta tecnologia começou a ser aplicada ao mundo da competições de carros e desde então o “turbo” sempre foi uma referência para expandir o potencial dos motores, aproveitando ao máximo a energia produzida na câmara de combustão.
Por que foi bem-sucedido e quais são os benefícios
O princípio de operação de um motor de carro clássico é relativamente simples. As ligações químicas do combustível podem ser "quebradas" por uma reação chamada combustão. Para que este processo ocorra, é necessário um combustível adequado (gasóleo, gasolina, gás…) e uma substância, denominada comburente, capaz de efectuar a transformação; o oxigênio presente no ar é o ideal para nós.
É assim que o motor aspira o ar fresco de fora, queima-o sob condições controladas dentro da câmara de combustão (carcaça do pistão) e produz uma mistura explosiva capaz de movimentar todos os mecanismos presentes. É fácil pensar que algo que queima produz calor e, no caso de um motor automotivo naturalmente aspirado, i gases residuais muito quentes eles são descarregados diretamente na atmosfera.
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De acordo com os fundamentos da física, entre todas as primeiras leis da termodinâmica, calor é uma forma de energia e, como tal, pode ser transformado através de soluções adequadas em trabalho mecânico. Se o mecanismo principal cilindro-pistão é capaz de aproveitar as altas pressões para fornecer torque às rodas, o mesmo não pode ser dito para a recuperação da energia residual na forma de calor dos gases queimados.
É aqui que o turbocompressor entra em ação e sua capacidade de converter o calor residual no escapamento em energia mecânica adicional, capaz de sugar e "empurrar" um quantidade extra de ar fresco dentro do motor.
Como ocorre a recuperação de energia
Pode parecer mágica, mas esta conversão em particular é toda ciência e tecnologia. Os gases quentes expelidos do motor atingem temperaturas uniformes acima de 700 ° C e é uma pena perder a oportunidade de usá-los. Uma vez que os materiais capazes de suportar essas temperaturas foram descobertos e barateados, a etapa de construção do turboalimentador foi curta.
Antes de serem liberados na atmosfera, os gases quentes são passados por um turbina, dispositivo capaz de converter a energia cinética (velocidade) e entalpia (temperatura) do gás em energia mecânica capaz de girar o rotor da turbina. Este impulsor nada mais é do que uma pequena roda especialmente projetada dentro de um pergaminho. O mecanismo da turbina está diretamente conectado a outro componente, mecanicamente semelhante, disse compressor que funciona exatamente o oposto.
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Se a turbina transforma a energia dos gases quentes em "rotação", o compressor transforma a "rotação" da turbina em pressão - daí o termo compressor - capaz de sugar forçosamente o ar externo. Mais ar significa mais chances de queimar combustível e, portanto, mais potência. Com a mesma cilindrada, o consumo certamente aumenta, porém isso é compensado pelo fato de escapar a abundante energia térmica que normalmente não é utilizada.
Onde o turbo é usado
Hoje ouvimos sobre a nostalgia de novos motores aspirados turbo-diesel e turbo-gasolina; há livros inteiros, acadêmicos ou não, que discutem o assunto comparando as vantagens e desvantagens das diferentes soluções; aqui nos limitamos a “tirar” o discurso.
Como explicamos a você em um artigo recente de Auto para leigos, o combustível diesel necessário para alimentar um motor diesel é menos valioso e refinado do que a gasolina. Não é por acaso que o turboalimentador teve um sucesso incrível no primeiro dos dois motores: em um diesel, na verdade, o principal temperaturas e pressões produzidos dentro da câmara de combustão geram gases ainda mais quentes na exaustão. A energia que pode ser obtida é certamente maior e, uma vez gasto o dinheiro para fazer os materiais robustos com os quais o diesel é construído, o passo para acoplar tudo a um turboalimentador é curto.
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No decorrer dos anos 900, porém, foram encontradas as mais variadas soluções, capazes de tornar este sistema competitivo e eficiente. Os modernos motores turbo-gasolina funcionam perfeitamente e variantes como a superalimentação direta mais "americana" - sem o auxílio do turboalimentador - sempre dão grande satisfação em termos de potência, pecando em vez de consumo e poluentes.
Quando a era da superalimentação terminará
A superalimentação de um motor de combustão interna foi apenas uma das primeiras soluções para aumentar a eficiência dos trens de força. Hoje podemos encontrar os mais variados sistemas de recuperação de energia: do calor desenvolvido durante a travagem ao salto da suspensão.
Após o desenvolvimento de motores totalmente elétricos, o mercado caminha constantemente para soluções intermediárias como o híbrido e se por um lado os puristas da combustão se orientam para um motor capaz de combinar as vantagens do diesel e da gasolina, os mais ambiciosos certamente encontrarão sistemas interessantes como motores de baixa cilindrada combinado com supercharging e motores elétricos adequadamente apoiados por sistemas inovadores de recarga de bateria.
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Um futuro incerto a ser descoberto, mas que, graças à engenhosidade de grandes técnicos e engenheiros, será certamente mais verde e, esperançosamente, emocionante para todos os amantes do mundo dos motores. No próximo artigo do Auto for Dummies trataremos das competições automobilísticas mais importantes e históricas: desde os primeiros campeonatos de Fórmula 1, Para comício até as novas e seletivas raças de Fórmula E.
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