Turbocompressor de Fluxo livre e de Fluxo Controlado

Como já sabemos o Turbocompressor utiliza como fonte de energia, a pressão a temperatura e velocidade dos gases de escape.

 

Esta fonte de energia, inicia sua trajetória no momento da abertura da válvula de escape (Fig.1) e é conduzida pelo coletor de escape (Fig.2) até a entrada da carcaça da turbina (Fig.3).

O coletor de escape é o maestro da sinfonia dos gases, cabe a este componente uma entrega harmônica dos gases para a carcaça de turbina.

Os gases de escape entram pela carcaça de turbina e seguem pela voluta (Fig.4) até chegar ao rotor de turbina que recupera a energia térmica, gerando movimento ao eixo rotor. A voluta é o canal interno da carcaça de turbina (caracol) responsável pela concentração dos gases de escape e controle de expansão dos gases, é desenvolvida conforme o projeto do fabricante do motor, umas das dimensões identificadas na própria carcaça de turbina é a razão A/R.

 

 

Agora já conhecemos o caminho da energia térmica até o rotor da turbina, vamos falar de Turbocompressor de fluxo livre.

Você já se perguntou porque fluxo livre?

Esse Turbocompressor (Fig.5) é do tipo fluxo livre (free flow) por não possuir atuador de controle de válvula wastgate tão pouco wastgate integrada, todo o fluxo de gás do escapamento passa pelo rotor de turbina.

 

A pressão de compressor é uma relação direta com a rotação do eixo rotor de turbina, ou seja, mais calor, mais rotação, maior pressão. 

A rotação dos rotores é feita pela entrega térmica que citamos anteriormente, tal controle de rotação é realizado pelo próprio motor, existe um “casamento”, matemático na mecânica de fluidos (ar necessário x combustível para determinado torque e potência) entre o projeto do motor e o Turbocompressor que será aplicado.

Qualquer alteração ou intervenção de característica do motor irá refletir diretamente no desempenho do Turbocompressor. 

Os Turbocompressores que não possuem flutuação livre são aqueles que utilizam válvula wastgate integrada (Fig.6) e atuador de controle pneumático ou servomotor.

 

A válvula wastgate, conjugada a um atuador para acionamento da mesma, tem a função de controlar o fluxo dos gases de escape, entregue ao rotor de turbina.

A wastgate também é fabricada em ligas especiais para resistir aos altos índices de exigência térmica assim como sua haste de fixação na parte interna da carcaça da turbina que possui um “braço de acionamento”. (Fig.7).

 

A válvula wastgate gira em torno do seu eixo, isso é uma característica normal de funcionamento para evitar desgaste no assento entre a face da válvula e a face da carcaça.

Quando a wastgate abre, uma parte dos gases passa por esse canal de desvio (by pass) reduzindo a energia térmica, consequentemente controlando a rotação de compressor, em seguida em redução a válvula retorna a fechar. A Figura 8 ilustra como a válvula fica no estado aberto e fechado

Na figura 9 está ilustrado o caminho da energia térmica pelo desvio (by pass).

 

A Figura 10 apresenta rachadura na carcaça de turbina na região do desvio interno (by pass) efeitos ocasionado por alteração no ajuste do atuador da válvula wastgate.

Outro detalhe importante é que o atuador pneumático pode ser do tipo pressão positiva de acionamento da válvula wastgate normal fechada, e o acionamento a vácuo  da válvula wastgate normal aberta. E ao dar a partida no motor o sistema de controle fecha. 

Na imagem 12, o atuador de controle por vácuo apresenta uma deficiência de vedação da válvula wastgate com relação ao assento na carcaça de turbina.

Forte abraço a todos até nosso próximo encontro! 

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