Potência extra

Muitos produtores renovaram seus implementos adequando-se às novas tendências sem, entretanto, renovar a sua frota de tratores, seja por conveniência ou por falta de recursos. Para compensar a pouca potência disponível, alguns usaram o artifício de aumentar as potências de seus tratores, utilizando-se de turbo compressores e intercooler. Muitos destes, tiveram os seus motores danificados como conseqüências dessas alterações.

A queima do combustível gera calor (energia térmica) que é transformado em trabalho mecânico (energia cinética) pelo motor. O rendimento de um motor é a relação entre o calor transformado em trabalho mecânico e o total do calor gerado pela queima do combustível.

Para se aumentar o rendimento de um motor Diesel, pode-se aumentar a quantidade de ar admitido nos cilindros introduzindo uma quantidade extra até preenchê-los totalmente, mesmo em regime de alta rotação do motor.

Em condições normais, os cilindros não são totalmente preenchidos, devido à dificuldade do ar passar através do filtro, das tubulações de admissão e das passagens estreitas das válvulas.

Um recurso para aumentar a quantidade de ar admitido é usar um turbo compressor.

O turbo compressor consiste de um pequeno ventilador centrífugo de alta rotação acionado por uma turbina.

Os gases de escapamento, ao sair do motor em alta temperatura e em alta velocidade, passam pela turbina e fazem a mesma girar com alta rotação, podendo atingir mais de 100 000 rpm. Como turbina e ventilador estão montados no mesmo eixo, o ventilador irá girar com mesma velocidade, aspirando ar atmosférico e comprimindo-o dentro do cilindro do motor.

O turbo compressor é um equipamento bastante caro devido à alta tecnologia envolvida, seja na alta rotação, ou seja na alta temperatura dos gases que passam através da turbina, exigindo que a mesma seja construída em metais especiais, como titânio.

Antes de entrar no cilindro, o ar se aquece devido à compressão provocada pelo turbo compressor. O ar aquecido fica dilatado e ocupa mais espaço que o ar frio, conseqüentemente a quantidade de ar introduzido no cilindro passa a ser menor do que o mesmo volume de ar frio.

O intercooler é um resfriador intermediário instalado entre o turbo compressor e o motor, cuja função é baixar a temperatura do ar antes da entrada no motor, assim, entrando ar frio e comprimido, a massa de ar admitida será maior.

Portanto, um turbo compressor instalado em um motor Diesel facilitará o preenchimento do cilindro, introduzindo uma massa de ar maior que a normalmente aspirada, aumentando a taxa de compressão real. Se for instalado um intercooler, a massa de ar introduzida será ainda maior, aumentando ainda mais a taxa de compressão real do motor.

Conclui-se que em um motor turbinado é fácil obter uma taxa de compressão real maior que a taxa de compressão do projeto do motor.

Com o uso de turbo compressores e intercooler há um ganho econômico com maior potência do motor e com maior rendimento, ou seja, menos consumo para o mesmo trabalho realizado. A maior potência do motor é obtida devido à maior taxa de compressão e também devida ao maior volume de ar admitido pelo cilindro, que conseqüentemente permite a injeção de uma maior quantidade de combustível.

As obstruções à entrada do ar fazem com que o volume de ar aspirado seja menor que o volume do cilindro. Então, no final do ciclo de aspiração o volume de ar contido no cilindro é menor que o volume do mesmo, portanto a pressão interna é menor que a pressão atmosférica. Neste caso, uma parte do curso de compressão é consumida para atingir a pressão atmosférica, e apenas o restante do ciclo é empregado para comprimir o ar. Portanto, a taxa de compressão real é menor que a taxa teórica, e como o rendimento só depende da compressão, o rendimento real será também menor.

Se a taxa de compressão for maior, conseqüentemente a pressão dentro do cilindro será maior. Isto irá acarretar maiores esforços mecânicos em todas as peças do motor, principalmente nos mancais, bielas e virabrequim. Os motores Diesel têm taxa de compressão muito maiores que os motores à gasolina, usualmente próximos 20 para um, isto é, o volume final do ar comprimido pelo motor é 20 vezes menor que o volume de ar admitido à pressão atmosférica. Por isto um motor Diesel é muito mais reforçado que um motor à gasolina de mesma potência.

Teoricamente o motor Diesel é um motor de admissão plena. Estes motores aspiram apenas ar, até encher totalmente o cilindro, e a aceleração é controlada pela maior ou menor quantidade de óleo Diesel injetado na câmara de combustão. Porém, na prática, o cilindro não é totalmente cheio.

A taxa de compressão teórica ou de projeto é um valor constante que só depende das dimensões geométricas do motor. A taxa de compressão real é menor que a teórica e varia com o regime de rotação, devido à dificuldade para encher totalmente o cilindro com ar.

O turbo compressor e o intercooler irão auxiliar o enchimento dos cilindros com ar, podendo injetar mais ar que a capacidade volumétrica do cilindro.

Se a quantidade de ar admitido pelo motor for maior que a capacidade volumétrica, a potência do motor será maior que a potência nominal. Potência nominal é aquela indicada pelo fabricante como sendo a potência do motor. Entretanto, os esforços mecânicos sobre os mancais, bielas e virabrequim também podem ser maiores que os valores admissíveis para os quais o motor foi projetado. Neste caso, o desgaste será acentuado e alguma peça poderá quebrar.

Para evitar problemas futuros com o motor deve-se, antes de qualquer alteração, consultar o fabricante para saber se no projeto original há margem de segurança para suportar os acréscimos de esforços oriundos da alteração. Alguns motores são superdimensionados e já foram projetados para receber turbo compressor e intercooler. Outros, mais econômicos, ou mais antigos não têm margem de segurança no projeto para suportar estes acréscimos de esforços. Nestes motores, a adaptação de um turbo compressor certamente irá causar problemas.

Além disto, a instalação do Kit que compreende turbo alimentador, intercooler e acessórios deve ser feita somente por empresas capacitadas e o motor a ser modificado não deve estar desgastado.

É muito importante fazer uma verificação no motor antes da aplicação do kit, para se obter um bom desempenho do turboalimentador. É necessário que o motor esteja em perfeito estado de funcionamento. Como norma devemos observar:

a) Pressão dos Cilindros: é muito importante conferir a pressão dos cilindros do motor antes de executar o turbinamento, pois, se este não estiver dentro dos limites ideais, o motor não apresentará um desempenho satisfatório.

b) Pressão de óleo: a sustentação do conjunto rotativo do turbocompressor é feita pela pressão de óleo do motor. Este conjunto, quando em movimento, não tem atrito com os mancais, pois a pressão de lubrificação forma um filme de óleo entre o mancal e a carcaça central e entre o mancal e o eixo rotor. Devido a este fato se torna necessária a verificação da pressão de óleo do motor.

c) Excesso de pressão no cárter: o excesso de pressão no cárter interfere no sistema de retorno de óleo do turbo, provocando vazamento por ambos os lados do turbo compressor (frio e quente).

d) Sistema de injeção: o sistema de injeção regula o funcionamento do motor e a pressão do turboalimentador. É indispensável uma verificação deste sistema antes do turbinamento, a fim de observar o aumento de potência e a redução do consumo desejado.

e) Sistema de compressão: a transformação de um motor aspirado em turboalimentado gera pressão no sistema de admissão. Se houver alguma avaria no mesmo, pode provocar ruído e perda de potência. Ex.: Junta da admissão.

f) Alteração do sistema de suspiro: nos motores mais modernos o suspiro do motor é conectado na admissão. Quando o turbo é instalado, gerando pressão no sistema, ocorre o desvio de pressão para o cárter através deste suspiro. Neste caso o suspiro deve ser transformado e voltado para a tubulação que antecede o turbo. Se o mesmo permanecer ligado na admissão provocará vazamento de óleo lubrificante pelo turbo.

Após, feita a instalação do turbocompressor o usuário deve estar treinado com o seu uso e deve, entre outros cuidados observar:

a) Procedimento de partida: o motor turboalimentado não deve ser ligado em alta rotação. É necessário aguardar, no mínimo, 30 segundos para que se estabeleça o fluxo normal de óleo e o eixo rotor flutue nos mancais.

b) Procedimento de desligar o motor: o motor turboalimentado não pode ser desligado em alta rotação. Para tanto é necessário deixar o motor funcionando por um minuto em marcha lenta, a fim de baixar a rotação e a temperatura do turboalimentador. Isso é muito importante ser observado, porque no momento em se que desliga o motor, imediatamente o turbo deixa de receber lubrificação, passando a sofrer um atrito direto do eixo contra os mancais, o que provocará a danificação do conjunto rotativo.

c) Nunca lavar o motor quando estiver quente para evitar trincas tanto na carcaça do turbo quanto nos tubos do escape.

Os valores cobrados pela instalação do Kit são muito variáveis. Dependem da região do país e dependem do modelo e tamanho do motor. Foram pesquisadas diversas empresas instaladoras e os preços encontrados são apresentados na tabela acima.

Motores Diesel são motores de combustão interna, de ignição por compressão. Nestes motores a ignição do combustível ocorre espontaneamente, devido à alta temperatura desenvolvida durante a compressão e devido a própria compressão. Geralmente, são motores de quatro tempos.

O primeiro tempo começa quando o pistão se encontra no ponto morto superior. Neste instante abre-se a válvula de admissão e com o movimento do pistão, é aspirado ar para dentro do cilindro. Quando o pistão atinge o ponto morto inferior, a válvula de admissão é fechada, e termina o primeiro tempo, chamado de aspiração. Este tempo, assim como cada um dos demais, consome 180º, ou seja meia volta, de giro do virabrequim, também chamado de árvore de manivelas ou eixo do motor.

No segundo tempo, chamado de compressão, o ar admitido no cilindro é comprimido durante a próxima meia volta do motor, ou seja, até o motor atingir novamente o ponto morto superior. A taxa de compressão teórica è a relação entre o volume do cilindro no inicio da compressão e o volume no final da compressão. Nos motores Diesel esta taxa de compressão chega atingir 22 para um, dependendo do projeto do motor.

O terceiro tempo se chama combustão ou expansão. Somente neste tempo, que corresponde à próxima meia volta do motor, é gerada potência. Neste tempo a bomba injetora, através do bico injetor, introduz dentro do cilindro uma dose de óleo Diesel finamente pulverizado. Este combustível, encontrando o ar altamente comprimido e aquecido (o ar se aquece ao ser comprimido), entra em combustão espontânea, gerando mais calor, que provoca uma expansão dos gases resultantes da combustão e, conseqüentemente mais pressão, empurrando fortemente o pistão para baixo. O movimento linear do pistão dentro do cilindro é transformado em movimento rotativo pelo sistema formado pela biela e pela manivela do virabrequim.

O último tempo é chamado descarga e começa no ponto morto inferior, quando se abre a válvula de escapamento e os gases resultantes da combustão são expelidos para o cano de descarga. Quando o pistão atinge o ponto morto superior, a válvula de descarga é fechada e imediatamente abre-se a válvula de admissão e novo ciclo se inicia.

Portanto, para se completar um ciclo são necessárias duas rotações do motor.

Univ. Federal de Santa Maria

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