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Fôlego extra: acompanhamos o processo de fabricação de um turbocompressor

Antes ele servia para gerar potência sem o aumento do deslocamento; agora, gera torque em motores compactos

Por Fábio Black 19 jul 2021, 01h35
Turbina
Turbina do novo motor 1.3 turbo flex do Jeep Compass batizado de T270 por conta do torque Fernando Pires/Quatro Rodas

O turbocompressor é quase tão antigo quanto o próprio motor a combustão. Já em 1885 e 1896, Gottlieb Daimler e Rudolf Diesel estudaram o aumento da potência e a redução do consumo de combustível de seus motores por meio da pré-compressão do ar de combustão.

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Em 1925, o engenheiro suíço Alfred Büchi foi o primeiro a ter sucesso com a turboalimentação de gases de escapamento e conseguiu um aumento de potência de mais de 40%.

A partir daí, o desenvolvimento e a aplicação, principalmente em motores a diesel, em aviões, navios e tratores, não pararam de evoluir. Em 1938, foi lançado o primeiro caminhão sobrealimentado e, nos carros de passeio produzidos em série, a tecnologia aparece apenas nos anos de 1960, em modelos como o Chevrolet Corvair Monza e o Oldsmobile Jetfire. 

BorgWarner
A montagem de um turbocompressor se assemelha à fabricação de um relógio mecânico. Todo o processo é orientado e monitorado por computador Fernando Pires/Quatro Rodas

No Brasil, a palavra turbo estampada na tampa traseira de um carro sempre foi sinônimo de esportividade e apareceu pela primeira vez em um carro de linha no Fiat Uno Turbo, lançado em 1994.

  • Atualmente, em todo o mundo os turbocompressores ganharam grande importância na busca de eficiência energética, permitindo a redução do deslocamento dos motores sem perda de potência. Com o lançamento do VW Up!, em 2015, equipado com um motor de três cilindros, injeção direta e turbocompressor, o brasileiro começou a entender melhor do que se tratava um motor turbinado moderno. 

    Borgwarner
    A montagem é minuciosa e precisa para garantir a qualidade e durabilidade do conjunto Fernando Pires/Quatro Rodas

    Hoje, praticamente todas as grandes marcas que atuam no mercado têm em seu portfólio carros com motores turbo.  

    O funcionamento de um turbocompressor é relativamente simples: Ele tem dois rotores. De um lado está a caixa quente, usa os gases de escape para se movimentar e outra que pressuriza o ar que entra pela admissão e vai para as câmaras, permitindo a injeção de mais combustível.

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    Laboratório da BorgWarner conta com dinamômetro para desenvolvimento e aplicação dos turbocompressores aos diferentes tipos de motores Fernando Pires/Quatro Rodas

    Com mais ar e mais combustível, a quantidade de energia gerada a cada explosão aumenta. O ganho de potência e torque fica em torno de 30%, na comparação com um motor de mesmo deslocamento naturalmente aspirado.

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    O deslocamento dos motores sempre foi usado pelas fábricas para diferenciar as versões de seus carros – 1.0, 1.5, 2.0, etc. Mas, com a adoção do turbo e a redução do deslocamento, as marcas passaram a empregar os números do torque gerado como referência, muito mais vistosos, principalmente em Nm – 170, 270, 350, etc., e pensando em eficiência, no uso urbano, principalmente, torque é o que conta para o consumidor.

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    Diferente do dinamômetro, aqui o teste visa controlar com exatidão a quantidade da pressão dos gases para equalizar o rendimento da turbina Fernando Pires/Quatro Rodas

    Para saber como são produzidos os turbocompressores, que são componentes complexos (cujas turbinas podem atingir 300.000 rpm e suportar temperaturas de 1.050 oC), visitamos a linha de montagem da BorgWarner, em Paulínia (SP).

    Desenvolvimento e testes de eficiência

    O desenvolvimento de um turbocompressor é feito em conjunto pelas fabricantes do componente e do veículo, porque a primeira é quem vai produzir a peça, mas é a segunda que determina as condições em que essa peça deve trabalhar e os compromissos que deve atender. Depois dessa peça especificada ser construída, ela é submetida a diversos ensaios de funcionamento.

    Esse turbocompressor é instalado em um motor que, nos laboratórios, com o auxílio de dinamômetros e bancadas de pressão, devidamente monitorados por vários sensores (pressão, temperatura, massa de ar, rotação), simula as mais diversas condições de uso, incluindo até uma possível quebra da peça (forçando a turbina a rotações muito além das especificadas até literalmente explodir).

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    Os diversos estágios de um rotor demonstram a complexidade da usinagem Fernando Pires/Quatro Rodas

    Essa simulação é necessária para verificar a segurança da integridade das caixas frias e quentes que envolvem os rotores e tem função de segurar possíveis estilhaços dessa quebra. Após os testes no laboratório, a equipe de engenheiros segue com os testes de campo, com o motor já instalado em um carro. Esse teste geralmente é feito com altas variações de altitude e temperatura.

    Quanto maior a altitude e maior a temperatura do ambiente, menor a quantidade de oxigênio disponível, fazendo com que o a turbina precise mudar seu comportamento dinâmico, aumentando ou diminuindo a quantidade de ar que irá mandar para o motor, para assegurar o rendimento sob essas condições. Isso é controlado pela central eletrônica do motor.

    Usinagem

    O funcionamento de uma turbina é relativamente básico. Mas sua fabricação é extremamente minuciosa e começa na preparação dos componentes. Além de trabalhar em altíssimas temperaturas, a turbina também gira em velocidades muito altas.

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    A preparação das peças para montagem das turbinas ocupa a maior parte do espaço da indústria Fernando Pires/Quatro Rodas

    Ligas de alumínio e ferro fundido são utilizados nos diversos componentes. Todos usinados, balanceados e testados antes de serem montados no turbo. A BorgWarner trabalha com sua linha de montagem semiautomatizada com robôs e profissionais treinados, que acompanham e controlam todo o processo.

    Montagem

    A linha de montagem do turbocompressor é relativamente pequena. São cinco estágios, totalmente controlados por computador, onde cada fase da montagem é automaticamente fotografada por computador, o qual orienta o operador – que também registra esses passos.

    A turbina nasce de dentro para fora. A partir do eixo principal, os componentes vão sendo acrescentados e já com os rotores em posição a peça passa por um balanceamento, para depois receber as peças finais eletrônicas e as caixas, fria e quente. A peça recebe uma gravação. Com essa identificação é possível rastrear todo o histórico de fabricação da peça, inclusive as fotos desse processo.

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    Robôs também participam da montagem das peças Fernando Pires/Quatro Rodas

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