Simplificado: os tipos de turbocompressores
Os turbocompressores são componentes críticos usados para otimizar o desempenho dos motores rodoviários e fora de estrada. Eles aumentam a potência do motor, melhoram a eficiência de combustível e ajudam a reduzir as emissões de motores de combustão interna (ICE). A Cummins Inc. oferece uma variedade de turbocompressores para oferecer suporte a uma ampla variedade de requisitos de motor usados em inúmeras aplicações.
Os principais tipos de turbocompressores são turbocompressores de geometria fixa, turbocompressores de válvula de escape e turbocompressores de geometria variável. Os fabricantes de motores consideram vários fatores ao escolher o tipo de turbocompressor que é melhor para seu motor e aplicação. Este artigo ajudará você a entender as diferenças básicas entre esses tipos de turbocompressores. Se você está interessado, você também pode ler sobre como a Cummins obteve sucesso em testes a frio de seus turbocompressores.
O que é um turbocompressor e como funciona?
Os turbocompressores aumentam o fluxo de ar para os cilindros do motor, permitindo maior densidade de potência do motor, o que melhora a combustão. Os turbocompressores usam a energia do gás de escape do motor para girar uma turbina em altas velocidades. Um eixo conecta a roda da turbina a uma roda do compressor. O compressor giratório aumenta a pressão e o fluxo de ar fresco para o motor.
Quais são os tipos de turbocompressores?
As diferenças entre os tipos de turbocompressores descritos neste artigo são baseadas em como o gás de escape é manipulado antes de chegar à roda da turbina.
Turbocompressores de geometria fixa
O gás de escape flui pela carcaça da turbina do turbocompressor antes de chegar à roda da turbina. Uma cavidade na carcaça da turbina é chamada de voluto. Com turbocompressores de geometria fixa, 100% do gás de escape flui através da voluta até a roda da turbina. A roda da turbina e a forma do voluto afetam o turbocompressor e o desempenho do motor. A carcaça da turbina e as geometrias das rodas são projetadas para otimizar o desempenho em várias velocidades e cargas do motor. Alguns turbocompressores de geometria fixa também incluem um bico com ventoinhas fixas para melhorar o desempenho da turbina em condições de operação específicas.
As vantagens dos turbocompressores de geometria fixa, em comparação com os outros projetos, são a simplicidade do projeto, o baixo custo e o tamanho menor. A principal desvantagem é a falta de flexibilidade na otimização do desempenho do motor. Dada a sua geometria fixa, os compromissos devem ser feitos entre a resposta transitória ideal do motor, a capacidade de torque máximo e a velocidade e potência nominal do motor.
Turbocompressores de geometria fixa são frequentemente usados em motores que operam a uma velocidade constante do motor. Isso inclui motores usados na geração de energia e grandes aplicações industriais e marítimas. Turbocompressores de geometria fixa raramente são usados em aplicações rodoviárias.
Turbocompressores com válvula de escape
Um turbocompressor com válvula de escape é semelhante a um turbocompressor de geometria fixa com um recurso adicional na carcaça da turbina: uma válvula de escape. Quando a válvula está aberta, uma parte do gás de escape passa pela roda da turbina e reduz sua velocidade. Isso ajuda a regular o fluxo de ar do compressor para o motor. Com os turbocompressores com válvula de escape, uma carcaça menor da turbina pode ser selecionada para aumentar o fluxo de ar para o motor em baixas velocidades do motor. Isso melhora a resposta do motor e a aceleração do veículo. A válvula da válvula de escape é então aberta a velocidades mais altas do motor para evitar o aumento excessivo do motor e que o turbocompressor exceda seu limite de velocidade de rotação.
Em comparação com os turbocompressores de geometria fixa, um grande benefício dos turbocompressores com válvula de escape é que eles oferecem mais flexibilidade na otimização do desempenho do motor. Um dos desafios é que os turbocompressores com válvula de escape são ligeiramente mais caros e são maiores em tamanho devido à adição de um atuador (um componente que produz força ou torque) para operar a válvula da válvula de escape. Os atuadores podem ser pneumáticos (mecânicos) ou elétricos.
Os turbocompressores com válvula de escape são usados principalmente em aplicações que operam em velocidades e cargas variáveis do motor. Esses motores são usados em diversas aplicações rodoviárias e fora de estrada.
Turbocompressores de geometria variável
Os turbocompressores de geometria variável são mais complexos que os turbocompressores de geometria fixa e válvula de escape. Os turbocompressores de geometria variável funcionam variando a área da passagem do escape imediatamente antes que o gás de escape entre na roda da turbina. A redução da área aumenta a pressão e a velocidade do gás de escape que entra na roda da turbina. Isso, por sua vez, aumenta a pressão de reforço e o fluxo de ar para o motor quando desejado. Caminhões pesados que operam em diversos ambientes com cargas variadas podem ser um bom exemplo no qual os benefícios do turbocompressor de geometria variável podem ajudar.
Turbocompressores de geometria variável podem ser mais caros do que outros tipos de turbocompressores. Embora sejam caros, os turbocompressores de geometria variável oferecem o benefício de otimização significativa do desempenho do motor em uma ampla gama de velocidades e cargas do motor. Esses turbocompressores também podem ser usados para melhorar a frenagem do motor, promover a recirculação de gás de escape e apoiar o gerenciamento térmico pós-tratamento do escape. O Holset VGTTM patenteado da Cummins continua a oferecer desempenho e durabilidade superiores do turbocompressor em aplicações comerciais.
Turbocompressores de geometria variável são usados em uma ampla variedade de aplicações para ajudar a atender aos regulamentos de emissões mais rigorosos. Eles são encontrados principalmente em aplicações rodoviárias e fora de estrada com velocidades e cargas variáveis do motor porque ajudam a garantir o desempenho otimizado em muitas aplicações e ciclos de trabalho.
Os fabricantes de motores consideram várias trocas ao escolher turbocompressores e arquiteturas de tratamento de ar. Alguns motores usam um único turbocompressor, enquanto outros usam mais de um turbocompressor disposto em série ou em configurações paralelas.
A Cummins oferece uma gama de produtos de turbocompressores para atender às necessidades de nossos clientes. Além de projetar turbocompressores para motores a diesel, a Cummins é líder em tecnologia em turbocompressores para combustíveis alternativos, incluindo gás natural e hidrogênio. Entre em contato conosco para saber mais sobre nossos produtos.