Turbina x Altitude

Ol� pessoal,
depois de muita pesquisa, e um longo bate papo com preparadores de motor, consultores t�cnicos da Mitsubishi, pude concluir uma pequena pesquisa "bem resumida" do comportamento de ve�culos Turbo Diesel em elevadas Altitudes.

vemos ent�o:

Como sou MITBISHEIRO, vou focar o funcionamento em espec�fico da L200 Sport/ Savana/ Outdoor, ok, alguns dados t�cnicos que veremos mais adiante, n�o s�o identicos em outros ve�culos, ex: Troller, Cherokee, Ranger, Hillux, Frontier, etc...por isso n�o � fonte comparativa, apenas uma refer�ncia. � especifico da L200 Turbo.

Introdu��o

A busca por motores de maior pot�ncia, maior torque, e melhor efici�ncia sempre foi perseguida por todos os fabricantes de autom�veis. Alguns procurando ou focando mais em uma coisa e outros em outra. Entretanto cada fabricante acaba seguindo por uma solu��o tecnol�gica e em alguns casos a fixa��o por uma dessas solu��es n�o � a mais bem sucedida.

Incrementando a efici�ncia e a pot�ncia

A mais importante vari�vel que determina a capacidade de gera��o de pot�ncia de um motor � a massa de mistura admitida por ele por unidade de tempo. Nos motores de aspira��o natural, a quantidade m�xima de mistura admitida pelo motor � fixa e definida pela sua efici�ncia volum�trica para cada ponto de opera��o (rpm). Al�m disto, as perdas de carga no coletor de admiss�o dificulta manter alta efici�ncia volum�trica para uma grande faixa de utiliza��o. (Este problema hoje � minimizado atrav�s de comando de v�lvula e coletores vari�veis).

Nos motores sobrealimentados pode-se alterar a quantidade de mistura admitida no motor muito acima de sua efici�ncia volum�trica m�xima e manter esta situa��o sob diferentes condi��es de densidade atmosf�rica. A fun��o de um turbocompressor ou de um compressor � aumentar a densidade da mistura admitida e por conseq��ncia a massa de mistura admitida pelo motor.

Os turbocompressores e/ou compressores aumentam a pot�ncia de um motor atrav�s de indu��o de press�o positiva no coletor de admiss�o. Desta forma, n�o s� a massa de mistura admitida � maior, mas tamb�m � aumentada a taxa de compress�o din�mica do motor.

Abaixo est� um gr�fico emp�rico publicado pela Western Michigan University do ganho relativo de torque de um motor de ciclo Otto ou Diesel com ado��o de sobrealimenta��o.




continua...

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Al�m de maior pot�ncia comparado a um motor de mesmo tamanho e constru��o, os motores sobre-alimentados t�m a vantagem de ter uma maior faixa de alta efici�ncia volum�trica.

Outra vantagem comparativa � que por conta a utiliza��o de motores menores sobre-alimentados (menos atritos, peso etc) com a mesma pot�ncia de motores maiores aspirados traz ganhos de consumo de combust�vel em condi��es de utiliza��o em baixa carga, al�m de obter vantagens din�micas devido ao menor peso espec�fico por cavalo vapor gerado.

Abaixo, novamente um gr�fico que generaliza a efici�ncia do uso de motores menores com superalimenta��o vis-a-vis motores maiores com a mesma pot�ncia desenvolvido pela Western Michigan University:



N�o conv�m entrar em detalhes t�cnicos do que vem a ser BSFC (Brake Specific Fuel Consumption) mas o que importa � que quanto menor, melhor. Reparem pelo gr�fico mais � direita, que os motores sobre-alimentados s�o inferiores em efici�ncia somente sob alta carga sendo at� 20% mais eficientes em cargas baixas e m�dias, onde mais de 90% do tempo o motor trabalha.
Al�m de efici�ncia os motores sobre-alimentados ainda t�m a vantagem de estabilidade de performance sob diferentes condi��es ambientais. No gr�fico abaixo pode-se observar a perda de pot�ncia de motores aspirados em fun��o da altitude:



Com o uso de wastegates e controles de press�o os motores turbo minimizam este efeito:



* Reparem no gr�fico, que a perda de pot�ncia dos motores Turbo-diesel, come�am a ter perda de pot�ncia a partir dos 10.000 metros de altitude!!!

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* A grande superioridade dos turboalimentados reside na conserva��o da pot�ncia qualquer que seja a altitude em que o ve�culo trafega, ao contr�rio dos motores de aspira��o normal, ou atmosf�rica. A cada 100 metros de altitude, a perda de pot�ncia � de cerca de 1%. Assim, os autom�veis que circulam na capital paulista, situada a 800 metros acima do n�vel do mar, desenvolvem pot�ncia 8% menor que ao n�vel do mar. Mas n�o os Turbo Alimentados. Afinal, foi para os avi�es que o turbocompressor foi inventado, permitindo-lhes voar bem mais alto e r�pido.


Agradecimentos:

Derek
Celso - Mitsubishi
Andre - Mitsubishi
Best Cars Web Site
Rog�rio - Piloto - Rally Dakar

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P.V=n.r.t? , como essa formula gerou uma enorme discuss�o em outro t�pico, axo que consegui mostrar que neste caso em espec�fico, ela n�o se aplica, devido a mec�nica dos motores turbo diesel, agregado a controles eletr�nicos atrav�s de Softwares. (UCE) + (HPE)

Obrigado a todos.

Oi Fabio,

N�o concordo totalmente com alguns pontos.

Como seu proprio grafico (abaixo) mostra em Baixas rota��es um motor maior aspirado normalmente vai ter mais for�a que um menor turbo alimentado, assim em muitas aplica��es, como algumas de uso no fora de estrada, � mais interessante um motor maior aspirado que um menor turbo alimentado.



Para mim uma vantagem gigante que um turbo compressor permite num motor diesel permite que n�o foi citado � uma subida de giro bem maior que num motor diesel aspirado, que muitas chega a ser irritante.

E n�o esquecer que existem varias tecnicas para sobre alimentar motores.
O turbocompressor acionado pelos gases de escape � o mais comum e conhecido aqui, mas existem outros tipos como compressores a turbina acionados eletricamente ou mesmo por correia, que n�o deve ser confundido com o compressor volumetrico que tamb�m � acionado por correia, mas normalmente tem um press�o de compress�o constante desde a marcha lenta a maxima rota��o (que aqui � usado basicamente nos motores 1.0 da Ford)

Um grande abra�o e fique a vontade para comentar.

Boa tarde a todos,

Foi bom o F�bio abrir este t�pico para a discuss�o da utiliza��o do turbo compressor, especialmente nas altitudes elevadas onde a rarefa��o do ar reduz substancialmente a pot�ncia de motores aspirados pela limita��o da massa de ar admitida.

Certamente que a utiliza��o de compressor � a solu��o adequada para a opera��o nessas altitudes, sendo certo tamb�m que ir� requerer um cuidado especial na quest�o da escolha do sistema de coleta, compress�o e resfriamento adequado do ar a ser admitido no motor.

Nas turbinas automotivas acionadas pelos gases da descarga a opera��o em ambientes rarefeitos (digo acima de 3.000 metros de altitude), ainda que com o recurso da geometria vari�vel via ajuste das palhetas do rotor, alterando o passo da h�lice, ou at� mesmo do entorno da c�mara de admiss�o da turbina, exigir� que o rotor da mesma trabalhe numa rota��o bem mais elevada do que ao n�vel do mar de modo a manter um n�vel de press�o de ar adequado na entrada do intercooler e, desta forma, para estas altitudes o sistema de mancais e lubrifica��o da turbina ser� bem mais exigido, tanto que alguns fabricantes de turbinas t�m modelos mais apropriados para opera��o acima de 3000 metros de altitude.

Um fen�meno que requer especial aten��o � a temperatura da parte fria da turbina que nessas condi��es ser� fortemente impactada, sen�o vejamos:

Sabemos que a proximidade construcional da c�mara dos gases de descarga (caracol quente) com a parte fria onde se d� a compress�o do ar para admiss�o (caracol frio) acarreta o aquecimento tanto por contato via eixo como por radia��o e convec��o.

A c�mara fria por sua vez � resfriada pela circula��o da massa de ar admitida, sendo que o aquecimento do ar na sa�da da turbina/entrada do intercooler ser� o resultado da soma do calor gerado via compress�o (novamente PV=NrT) mais o calor absorvido pelo ar em contato com as palhetas do rotor e com as paredes do caracol, sendo que, com o ar rarefeito, o caracol fica mais quente tanto por causa do maior aquecimento do mancal (via maior RPM da turbina) como pelo menor resfriamento dada � rarefa��o do ar admitido.

Uma solu��o adotada por alguns fabricantes de turbinas para uso nestas condi��es consiste na aplica��o de revestimento cer�mico tanto do rotor como da parte interna do caracol objetivando o aumento da resist�ncia t�rmica ou isolamento t�rmico das superf�cies em rela��o �s superf�cies de contato com o ar admitido, reduzindo assim o fluxo t�rmico e o aquecimento deste ar de admiss�o.

Por vezes utiliza-se rotor com palhetas cer�micas que, por serem mais leves e melhor isolante que o a�o, al�m de aquecer menos o ar admitido, t�m menor momento de in�rcia, reduzindo o lag do conjunto m�vel, facilitando o crescimento do giro mesmo nas baixas RPMs do motor de combust�o (redu��o do turbo lag).

Diante dos problemas de aquecimento do ar no interior da turbina e tamb�m devido � compress�o do mesmo que aumenta sua temperatura mais ainda � de grande import�ncia o uso de sistema de resfriamento deste ar (intercooler) que deve prever a troca t�rmica com o ambiente mesmo em condi��es de baixa ventila��o natural desses radiadores.

Portanto, em situa��es de baixa velocidade como subidas �ngrimes, rebocar e trilhas nas altitudes citadas, � imperioso que os intercoolers sejam equipados com um sistema de ventoinhas que garantam o resfriamento desse ar, reduzindo-se sua press�o (mas aumentando-se sua densidade) e abrindo espa�o para maior entrada de ar proveniente da turbina.

Da mesma forma, o ambiente do filtro de ar deve, preferencialmente, ser feito isoladamente do cofre do motor, via caixa fechada e com tomada de ar o mais fria poss�vel.

O uso de filtro esportivo no interior do cofre do motor n�o �, portanto, solu��o mais eficaz (o ideal seria filtro de alta vaz�o em caixa selada com tomada de ar externa).

Outra forma de obter sobrealimenta��o l� nas alturas � com o uso de compressores el�tricos ou ainda de compressor mec�nico acionado por polia que t�m mais facilidade de injetar ar sem o aquecimento t�pico dos duplo carac�is do turbo convencional, no entanto deve se considerar a perda de potencia mec�nica, ainda que esta seja facilmente suplantada pelo ganho de potencia do motor.

Em anexo segue link de compressor el�trico: S� membros tem acesso aos links:

Abs.

Ok, mas vamos colocar o tico e o teco para funcionar assim:

Vc axa q seria viavel numa trilha, um Troller 4.0 V8 diesel, aspirado, bebendo 1 litros por 5km, ou um Troller 3.0 Turbo intercooler bebendo 1 litro por 7km ??? e o tamanho e peso desse motor seria vi�vel? caberia dentro do compartimento? imagina o peso no eixo dianteiro?

O que � mais interessante, Um Agrale Marru� 3,0 Turbo, fazendo 10km/Litro ou um Agrale Marru� 4.0 V8 , fazendo 8km/litro???? e o peso desse motor....iria desequilibrar tudo!!!

Imagina um ASTRUS (lan�a foguete militar que carrega 30 toneladas) imagina se seu motor n�o fosse turbo diesel apenas diesel aspirado, simplemente n�o haveria motor para ele.... ou ent�o o motor de uma locomotiva , e onde colocaria esse motor???? e o peso desse novo motor???? ou seja 220% inviavel n�o axa?

outro exemplo, imagina o Hummer (jipe militar americano) se n�o fosse turbo, ele j� � 6.0 turbo, sem turbo seria 12.0 ?????? que tamanho teria esse motor e o quanto ele beberia?????

J� dizia o velho S�bio..."quando s� temos martelo em nossa maleta de ferramentas, todo problema que aparece a gente pensa que � prego"

Um Grande abra�o.

Para trilha eu prefiro um grande motor a gasolina, ai pode ser aspirado.
Se � um veiculo basicamente para trilha o custo do combustivel por km rodado normalmente � o que menos pesa nos custos finais.
Entendo que se tem uma boa combina��o de for�a e subida de giro r�pido e menor peso.
Para Diesel, como falei pela subida de giro e para ter menor peso, sempre turbinado.
Para mim a configura��o ideal atualmente � similar a do Wrangler, tipo um V6 de aluminio cerca 4 litros. Assim fica leve e potente com um motor compacto (principalmente no comprimento) o que resulta num �tima distribui��o de peso, principalmente porque o motor esta bem para tr�s (o ideal seria um V4 de 4 litros que seria ainda mais curto, mas n�o lembro de motor similar atualmente no mercado).

Se n�o sabe tenho ambas as configura��es de veiculos 4x4, um mais para fora de estrada com motor 4.0 a gasolina e um mais para viajens turbo diesel rs

Sim, mas a� � um gosto pessoal seu, cada um sabe o limite do potencial financeiro, ou se � viavel ou n�o queimar diesel ou gasolina....� conversa mais para hobbye.

Mas os exercitos de todo o mundo, inviabilizaram categoricamente motores a gasolina, devido a inumeras limita��es mecanicas frente ao diesel.

Estamos saindo do foco principal do t�pico que � comportamento de carro Turbo Alimentado em Altitude, seria mais interessante vc abrir um t�pico especifico para motores gasolina, e l� poderiamos debater as vantagens e desvantagens, o que acha?

ab�

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motor V6........................................ 4 em linha
cilindrada 3.778.............................. 2968
pot�ncia 199 / 5.000....................... 163/ 3800

* Torque 31,5 / 4.000...................... 38,0 / 1600

* como no ambiente de trilha o mais importante � torque, vc n�o axa que um turbo diesel ainda � bem superior a um gasolina aspirado?

...� amigos,
chegou a hora em que o filho chora, e que a m�e n�o pode fazer nada !!!!!


Para quem n�o se lembra, esse t�pico cousou muita discus�o e pol�mica quando foi criado, EU dizia que carros com turbina estariam nenos sucet�veis a varia��es de altitudes do que carros aspirados. e, que se somassemos uma turbina (VGT) que equipa a L200 ao Motor Diesel Intercooler, ter�amos uma excelente performance em grandes altitudes, sem comprometer desempenho, e melhor, livre de aquecimento.

Seguem as provas f�sicas da minha teoria:



Paso de Jama, 4900 metros de altitude.
A L200 subiu a cordilheira dos andes sem apresentar nenhuma falta de pot�ncia, gra�as a sua turbina VGT, que tem a capacidede de melhorar o fluxo de ar mantendo pot�ncia e torque do motor.



Local da subida da Cordilheira dos Andes entre Chile e Bol�via.



Subida da Cordilheira dos Andes, entrando no Chile (ida) L200 pegando temperatura Extrema -10� (dez graus abaixo de zero) muita neve na estrada. Altitude de 4500 metros.



L200 rodando no Deserto do Atacama embaixo de Temperatura Extrema !!! 42� - calor intenso, sem estrada, muita areia, cascalho e pedras, 4x4 todo o tempo. Altitude variando entre 3000 metros - 3500 metros.







L200 subindo Dunas embaixo de calor extremo 41� a 3200 metros de altitude em 4x4 e reduzida.



Outro treixo em que o motor chegou a 4500 RPM embaixo de calor intenso 41� 4x4 reduzida e grande altitude 3500 metros.