Re:Turbos, seu funcionamento e performances!! Kits de adaptação.

CONHEÇA A FUNÇÃO DO TURBOCOMPRESSOR

RESTRIÇÃO
Em primeiro lugar, todo motor turbocomprimido necessita de volume de ar, muitas vezes superior a um naturalmente aspirado e não é necessário lembrar que os filtros de ar devem ter capacidade suficiente para deixar fluir o volume solicitado para cada motor e sua respectiva cilindrada, com área de filtragem extra a fim de permitir que os períodos de limpeza não sejam muito constantes.
A importância do filtro de ar seria a primeira característica de um conjunto, cujo mal funcionamento (alta restrição) poderá causar além de vazamento de óleo lubrificante pelo lado do compressor, aumento de velocidade do conjunto rotativo, pois o vácuo formado entre o filtro e a entrada de ar no compressor, medido em mm de H2O ou polegadas de H20, causam ao turbo o mesmo efeito de operar em altitudes elevadas.
A fim de exemplificar bem este detalhe, tomemos por exemplo um motor que opera ao nível do mar, com a bomba injetora regulada pela fábrica para suprir os cilindros com determinado volume em mm3, a fim de produzir determinada potência.
Suponhamos que a restrição no filtro seja de 30 pol H2O, ou seja, se dividirmos por 13 (1 pol Hg = 13 pol H2O), teríamos aproximadamente 2,30 pol Hg.
Como sabemos, a pressão barométrica ao nível do mar é de 29,92 pol Hg, ou seja, praticamente 30 pol Hg, este motor estaria funcionando como se estivesse a 2500 pés (760 metros) de altitude, cálculo este elementar, pois sabemos que na altitude de 760 metros a pressão barométrica oscila de 27,5 a 28 pol Hg. Logo, subtraindo 2,3 de 30, teríamos 27,7 pol Hg que seria a altitude real de trabalho para o motor turbo, com um desequilíbrio da razão ar-combustível.
Solução:
a) limpar o filtro;
b) reduzir o débito do combustível da bomba injetora.

DIFERENCIAL DE PRESSÕES
O segundo item que vamos tratar é na nossa opinião, um dos mais importantes, e por incrível que pareça, ainda não encontramos nenhum fabricante de motor, explicação ou mesmo qualquer orientação desta característica, cujo valor é vital para o motor e o turbo.
A fim de explicarmos melhor, descreveremos em linguagem simples. Existem em todo motor turbinado, duas pressões: a pressão dos gases de escape na entrada da carcaça de entrada de gases que chamaremos de P 1 e a segunda produzida pela roda de alumínio que chamaremos de P 2.
Se aplicarmos um manômetro de pressão do tipo duplo, ou uma tomada em cada componente, ou seja, na entrada dos gases na carcaça do turbo, ou no coletor de escapamento, e a segunda no coletor de admissão vamos observar os seguintes fatos:
1) Se acelerarmos o motor sem carga, vamos obter sempre maior pressão no coletor de escapamento do que no de admissão, ou seja, o diferencial é o que chamamos de negativo. Este facto é normal e não traz danos ao motor, devido não existir carga.
2) Aplicando-se gradativamente uma carga ao motor, (dinamômetro ou mesmo freiando o veículo em movimento e continuando a acelerar o motor), vamos observar que haverá um ponto onde as duas pressões são idênticas o que é chamado de ponto de cruzamento.
3) Daí por diante, isto é, impondo-se mais carga e aceleração ao motor, o coletor de admissão vai receber maior pressão do que o de descarga, chamando-se esta característica de "diferencial positivo de pressão", ou simplesmente de lavagem positiva dos cilindros.
Os números deste diferencial são variáveis de cada projeto de motor, e ficam desde 2 pol Hg até 12 pol Hg (de 0,07 a 0,4 bar), porém sempre "positivos".
Todos os motores turbinados possuem o eixo de comando de válvulas com um cruzamento (ponto onde as duas válvulas ficam abertas, no tempo em segundos e no levantamento em graus), a fim de receber o ar com maior pressão do turbo, fazendo o que chamamos de lavagem dos cilindros, resfriando a cabeça dos pistões, válvulas, cabeçotes e ainda ajudando o motor a expelir os gases queimados pelo sistema e condutos do escapamento.
Qualquer restrição causada após os gases saírem do turbo é chamada de contra-pressão e muitos a confundem com a pressão dos gases que entram na turbina.
Em nossa vivência de cerca de 20 anos, temos observado que muitos usuários modificam a tubulação do escape, no seu diâmetro ou com curvas em ângulos retos e muitos até amassam a saída do cano para causar maior assobio.
Sabendo-se que tudo que afete o "diferencial positivo" pode destruir em poucas horas o motor e o turbo, é indispensável que nunca se modifiquem as especificações do fabricante, nem instalem silenciadores sem medir qual a sua contra-pressão.
É possível destruir-se um motor turbinado apenas amassando, por acidente ou propositalmente, um cano de escape. A razão é não deixar que o diferencial fique negativo, pois com a falta de lavagem dos cilindros , o cabeçote sofre temperaturas elevadas com trincas e posterior destruição do turbo.
É sempre um ponto a ser discutido: porque ocorreu a destruição de uma das duas partes (motor ou turbo).
Geralmente, e é sempre mais simples, sofrer danos o turbo, antes do motor. Mas muitas vezes é este o causador da falha, sendo o turbo então atingindo pelas partículas desprendidas das peças dos cabeçotes, válvulas, anéis, ou mesmo através do sistema de filtragem de ar.

CASAMENTO TURBO-MOTOR
O conjunto formado pelo casamento e especificações das duas máquinas é muito preciso e muitas vezes o desejo um pouco mais abusivo de conseguir-se grande potência, faz com que a vida de ambos seja drasticamente diminuída. Para isto é preciso que em primeiro lugar, sejam respeitadas pelo usuário, as características do fabricante do motor, no que diz respeito a sua potência, rotação e tipo de serviço para o qual foi projetado, sendo que existe logicamente, uma grande diferença entre os serviços chamados de:
• Emergência: geradores de força de hospitais, edifícios, etc.
• Intermitente: caso dos tratores, caminhões, etc.
• Contínuo: que atinge os motores marítimos, geradores e tudo que exija do motor sua capacidade máxima de potência por período de continuidade, muitas vezes por meses e anos sem parar!
Como é evidente e fácil de entender, nenhum motor e turbo que foram projetados pela fábrica para um serviço veicular (intermitente no que diz respeito às cargas máximas), poderá ser aplicado para executar um serviço de características contínuas, pois sofrerá drástica redução de sua vida útil.
É comum para nós, observarmos que um mesmo motor, de potência 270 HP e 2200 RPM serviço intermitente, somente poderá produzir cerca de 180 HP a 1800 RPM no serviço contínuo.
É também importante e até diria obrigatório para o usuário do equipamento, deduzir se um fabricante projetou uma aplicação por demais, "ousada" de determinado conjunto turbo-motor, pelas constantes falhas durante sua utilização, sendo então necessário conhecimento técnico e teórico para que seja criticada junto à fábrica, a razão pela qual ocorrem falhas.
Cabe então, uma solução do fabricante e caso isto não seja possível, é necessário reduzir por meios lícitos a potência dos motores, sem perdas de eficiência da máquina, a fim de evitar constantes acidentes e parada do equipamento.
Conhecemos muitos exemplos, onde após o lançamento de um produto com uma determinada potência, foi necessário que o fabricante a reduzisse a fim de prolongar a vida útil do motor.

MANCAIS
O critério para determinar se um mancal está ou não em condições de ser novamente aplicado, mesmo que suas tolerâncias mecânicas estejam perfeitas após certo número de horas ou quilômetros percorridos, só poderá ser feito em exame de laboratório, onde, através do microscópio, poderá ser constatada a área ocupada por partículas duras, ou seja, se o mancal ainda tem condições de absorver estes corpos duros a fim de não riscar o eixo do turbo.
As causas que afetam o maior ou menor tempo para um mancal ser substituído são inúmeras, sendo as principais: troca de lubrificante no período certo e de acordo com o teor de enxofre do combustível; qualidade do papel do filtro original do fabricante; sistema de válvulas dos filtros de fluxo total e evidentemente a qualidade do lubrificante usado.
Devido a este fenômeno, ou seja, a embebilidade, é que, sempre na revisão de um turbo, fazemos a troca de todos os mancais, a fim de evitarmos perda dos eixos componentes que poderão ser riscados por partículas duras, quando o mancal deveria ter capacidade para absorve-las.
Assim sendo, temos constatado na experiência de milhares de turbos, que com especificações rígidas de acabamento de superfícies usinadas, como mancais, alojamento de carcaça central (5 micro-polegadas de rugosidade) eixo na unidade rotativa e os espaçadores e arruelas de encosto ficam totalmente arranhadas e algumas destruídas quando colocadas nos motores recondicionados, ou que tenham sofrido danos em componentes que normalmente contaminam o óleo lubrificante do motor, fluido este que vai também lubrificar o turboalimentador.
Não achamos justo que isto danifique um componente, que estando perfeito, em poucas horas estará destruído.

FILTROS
Recomendamos sempre aos usuários, o uso de filtros de lubrificantes e de ar de lubrificantes idôneos e de primeira linha, dos quais conhecemos duas grandes fábricas que são a MANN e a FRAM.
Mesmo aplicando filtros de 1ª linha, notamos ao longo dos anos, onde sempre nos dedicamos aos turbos que existem projetos de motores, onde a filtragem do lubrificante é maior ou menor dimensionada. Para exemplificar conhecemos turbinas pertencentes a motores, cujos mancais após 10.000 horas estão perfeitos, enquanto outras aplicações mostram sulcos de partículas em suspensão no lubrificante.
É evidente que se a área de filtragem for dimensionada para maior, a vida do filtro será maior, com proteção também maior para o turbo, (exemplo: filtro de ar de um motor de 14 litros aplicado em motor de 12 litros).
Sempre que é possível, aconselhamos nossos clientes a aplicarem filtro para serviço pesado, (exemplo: o elemento W-940 Mann no lugar do W-927/7 da mesma fábrica).
N.B Ao nosso ver o custo de um filtro lubrificante um pouco maior é sempre segurança para uma vida maior de um turbo.

Re:Turbos, seu funcionamento e performances!! Kits de adaptação.

PRESSÃO DO CARTER

A pressão do Carter (crankcase pressure) que é medida pelo orifício da vareta do nível do óleo e de preferência com o motor a plena carga.
Esta pressão é causada pela passagem de ar e gases durante o ciclo de compressão efetuado pelos pistões.
Todo o motor turbinado, tem uma deficiência volumétrica (aspira maior quantidade de ar) do que um motor naturalmente aspirado, sendo então necessário que seja especificado pelos fabricantes de motores, qual o máximo de pressão do Carter permitido, dando esta medida em polegadas de água ou milímetros de água.
Esta medida conseguimos determinar, inclusive no Banco de Teste em pressão simulada, ocorrendo o "afogamento" pelo conduto de retorno de óleo lubrificante, em torno de 3,5 polegadas de água (ou 80mm de coluna d'água aproximadamente).
É importante lembrar que com a pressão de 40 P.S.I. (2,8kg/cm2) à temperatura de 82 graus C do óleo lubrificante, circulam pelo turbo cerca de 2,5 litros por minuto, a fim de produzir a "refrigeração"de todos os componentes que operam em ambiente de alto calor, incluindo a roda impulsora e o eixo do lado da carcaça de entrada de gases (carcaça da turbina), onde as temperaturas atingem 1200 graus F (cerca de 650 graus C).
Seria muito importante que antes de ser retirado um turboalimentador que apresente vazamentos do óleo lubrificante por ambos os lados (carcaça do compressor e carcaça da turbina), seja verificado se não existe obstrução na linha de retorno, ou ainda, se a pressão do carter é normal.
Poderemos considerar como normal, uma pressão de ½ até 1 pol H2O (de 12,7 a 25mm de coluna de água) sendo esta medida também importante para determinar o estado de anéis, camisas e pistões, existem contudo, motores com maior pressão de Carter e torna-se necessário consultar o manual do fabricante.
O desgaste destes componentes deixa que a compressão passe para o Carter, aumentando o volume de gases que causam esta pressão.
Existe um factor que pode ocasionar uma pressão de Carter elevada, sendo porém causada por um componente de próprio turbo e que é o anel de pistão vedador no eixo do lado da roda impulsora.
Com a falha desta peça, os gases de escape, sob pressão, entram na carcaça central da turbina pelo cano de retorno, causam alta pressão do Carter.
Para eliminar a influência da medição neste caso (anel do turbo defectivo) é necessário desviar provisoriamente (somente durante a medição) o retorno do óleo do turbo, para um recipiente ao lado do motor, sendo que o furo onde o cano de retorno descarrega o óleo no bloco do motor deverá ser tampado, a fim de não iludir a medição real.
Pela característica da pressão do Carter, podemos inclusive determinar a vida útil de qualquer motor de combustão.
Concluindo:
Não retire o turboalimentador que esteja em condições de tolerâncias mecânicas normais, por vazamento do óleo lubrificante antes de:
a) medir a restrição do filtro de ar;
b) verificar cano de alívio do Carter quanto a estar amassado, entupido, ou com filtro sujo (alguns motores);
c) medir pressão do Carter.

TIPOS DE TURBO - COMPRESSORES
Aproveitando o assunto focalizado, esclarecemos os tipos de turbo-compressores, segundo a sua construção mecânica e as diferenças entre estes modelos, quanto a sua performance, eficiência e a razão de aplicação quanto ao custo e necessidade deste ou daquele modelo.
Os dois modelos básicos são: o de pressão constante e o de pulsação ou impulso, sendo o terceiro, uma combinação, dos dois primeiros.
Os turbos que operam em motores de pressão constante, possuem somente uma entrada para os gases de escape e podem ter ou não anel impulsor (diversas áreas para variar a velocidade da roda impulsora).
Para exemplificar, temos de fabricação Garret, sem anel impulsor o modelo T-1810, o modelo Komatsu e alguns modelos 3LD Schwitzer.
A principal característica destes modelos é o baixo custo da fabricação, respostas e torque máximo do motor, em rotações mais elevadas e menor diferencial de pressão positiva.
Nestes modelos os gases de exaustão são mantidos sob pressão no coletor de escape e forçados então a entrarem pela carcaça da turbina, impulsionando a roda de liga inconel.
Mesmo com boa eficiência do compressor (cerca de 68 a 70%) a lavagem dos cilindros pelo diferencial positivo de pressão é sempre menor que a do tipo pulsação.
No tipo pulsativo, cada cilindro tem que expelir os gases de um determinado lado de entrada na carcaça da turbina (possui duas entradas).
Tomando pois, duas entradas como direita e esquerda, teremos na ordem de explosão de um motor, seis cilindros em linha, ou seja, 1,5,3,6,2,4.
A entrada dos gases será:
Lado direito da turbina Lado esquerdo da turbina
Cilindros 1 Cilindros 5
3 6
2 4
Estes modelos de turbos possuem ótimas características de resposta em baixa rotação e o conjugado máximo (torque) é obtido em RPM mais reduzidas. A lavagem de cilindro é ótima e o diferencial positivo bem melhor que o outro modelo.
Temos contudo, notado ao longo de nossos anos de "lida" no reparo destes modelos, que é importantíssimo a precisão do tempo de regulagem de injeção de combustível, feita pela bomba injetora e também as pressões dos puverizadores.
A explicação para este fato é simples. Os modelos deste tipo possuem duas entradas e uma língua divisora entre os dois caracóis. Logo, se os tempos de injeção estiverem desregulados, quanto ao exato momento, (medido em graus ou em altura do elemento injetor), as ondas de fogo produzidas pela queima do combustível, vão chegar adiantadas ou atrasadas, deixando que uma onde de cilindro passe para o caracol do lado oposto.
Como exemplo, podemos ter uma bomba de seis cilindros cujos cortes da bomba injetora estejam assim:
1° cilindro: 0 °(correto)
5° cilindro: 65° (atraso de 5°)
3° cilindro: 120° (correto)
6° cilindro: 185° (atraso de 5°)
2° cilindro: 240° (correto)
4° cilindro: 365° (atraso de 5°)
Observa-se que os cilindros 5, 6 e 4 estão todos atrasados 5° e haverá então, uma passagem de onda dos cilindros 1, 3 e 2 para o caracol dos cilindros retardados.
Este fato é freqüente em motores regulados por pessoal não capacitado sem o equipamento de teste necessário.
Terminando estão, o último modelo de turbo é uma mistura de pressão constante com o de pulsação e a sua aplicação só se verifica em casos especiais, utilizando muitas vezes os anéis impulsores (nozzle rings).

BALANCEAMENTO DINÂMICO - TESTE
Para finalizar, gostaríamos de lembrar que a vida útil de um turbo está relacionada com o balanceamento dinâmico dos componentes rotativos e com a necessidade deste ser submetido ao "teste" após a montagem, mesmo com componentes novos, para que seja verificada a amplitude de vibração (mils é unidade de vibração).
Todas as firmas que recondicionam um turbo, possuem evidentemente, um balanceador dinâmico, sendo que cada máquina tem uma determinada sensibilidade em décimos, centésimos ou milésimos de gramas.
Existem diferenças nos métodos de balanceamento destes componentes.
Em 1957, as fábricas nos Estados Unidos da América do Norte, somente forneciam unidades rotativas já balanceadas em conjunto, e possuíam referências de montagem, até mesmo para a porca de fixação do rotor de alumínio. Este sistema foi totalmente abolido em 1965, passando-se ao método de balanceamento individual dos componentes, também chamado de Equilíbrio Volumétrico.
Embora as tolerâncias das peças de um turbo sejam bem rígidas e altamente precisas as suas dimensões, existe um fenômeno bastante conhecido em análise de vibração, chamado de "efeito cruzado".
Esta característica pode ser definida como sendo a forma de tolerância dos componentes quando montados, em determinada posição, (ou sua anulação em montagem contraposta).
Com o banco de Teste que possuímos e uma vez determinada a amplitude de vibração e a sua intensidade máxima, procedemos o giro de 90°, 120° ou 180° do compressor até que seja obtida a eliminação do "efeito cruzado", usando as tolerâncias dos dois componentes para que fiquem anuladas, uma oposta à outra.
O maior problema que ocorre ao longo da vida útil de um turboalimentador, de alto custo e velocidade críticas, é a redução drástica da duração de todas as peças por desbalanceamento, pois todo conjunto passa a funcionar com amplitude da vibração elevada, sendo que, para que esta característica seja detectada, existe somente uma condição: testá-lo em Banco de Provas (no motor é bastante difícil) através de equipamentos de alta precisão onde é possível determinar a freqüência (em CPS ou CPM ciclos por segundo ou ciclos por minuto), e amplitude (em mils).
Este controle de qualidade é a única solução para que seja possível ter-se plena certeza de que o turboalimentador funcionará em perfeitas condições e por longo tempo.
Não achamos justo entregar ao usuário, um componente sem ser previamente testado, principalmente por ser impossível, após destruídas as peças, determinar-se a causa da danificação do turbo.
Concluindo: é interessante lembrar que a "força de desbalanceamento aumenta na razão do quadrado da velocidade".(massa/ velocidade ao quadrado).
Exemplificando: se tivermos um grama/centímetro de tolerância, a 1000RPM, com apenas cinco vezes o aumento de rotação do eixo (5000 RPM), veremos que a força do desbalanceamento aumenta na razão do quadrado da velocidade.
Os turboalimentadores operam em rotações desde 35000até 120000 RPM.
O nosso Banco de Teste, possui equipamentos de alta precisão, com um gerador de sinal, filtro variável e medidor de vibração, com freqüências de 400 a 2500 CPS (ciclos por segundo), para rotações desde 24000 até 150000 RPM e a sensibilidade de medir até 0,01 mils de ponta a ponta de amplitude.

ENCERRAMENTO
Como o Brasil possui grandes distâncias territoriais, as paralisações por falta de componentes são onerosas, descontinuando um programa e ritmo de trabalho.
Nunca devemos nos esquecer que muitos produtos projetados em uma fábrica, sofrem violentas mudanças de suas características operacionais de acordo com as condições de clima, educação técnica com que ele (produto) é operado, cuidado, ou ainda mais, revisado ou recondicionado por pessoal não gabaritado para tais serviços.
Nem tudo que é bom para a Europa e América do Norte é forçosamente bom para o Brasil, sendo logicamente necessário que cada produto seja adaptado ao meio onde funciona e não o meio adaptado os produto. Como exemplo clássico: as condições do Alasca não são iguais às da Região Amazônica ou do Nordeste Brasileiro, assim como o combustível recomendado pelo fabricante não é aqui produzido dentro das mesmas especificações.
Concluindo: esperamos ter cooperado com todos os nossos clientes, para um melhor aproveitamento e vida útil dos turbos.

Atenciosamente

ANTONIO CAVALCANTI LACOMBE
Curitiba, 1980/1988