Best Cars Web Site

por Iran Cartaxo

Omega 4,1: turbo ou compressor, a escolha


O Best Cars Web Site sempre esteve de parabéns. Possuo um Omega CD 4.1 96 com 45.000 km, equipado com pneus 225/45 em rodas aro 17, amortecedores Koni Sport na dianteira e traseira e molas do Omega 3.0. Gostaria de obter uma preparação com turbo e intercooler a 1,2 kg/cm² de pressão, comparado a uma com compressor tipo Lysholm e pressão 1 kg/cm². Ambos utilizando bicos de injeção extra com gerenciamento. Gostaria de saber a respeito da necessidade de utilizar pistões forjados para estas pressões devido à potência obtida.

É necessária a utilização de álcool? Qual desempenho e consumo devo esperar? Devo alongar o diferencial? E necessário o reforço no câmbio? Qual tipo de reforço é sugerido? O cambio é manual, a embreagem deve ter cerâmica? E sugerida a utilização de um comando de válvulas com outra abertura? Gostaria de ter manutenção simples e barata e que a preparação fosse fácil de reverter. Velocidade máxima maior que 260 km/h e aceleração de 0 a 100 km/h próxima de 5 s.

Paulo Marcos M. Lima
Rio de Janeiro, RJ
pamarcos@jfrj.gov.br


O velho duelo entre compressores mecânicos e turbocompressores reaparece nesta preparação para Omega. No meio de preparação existe realmente uma disputa pela preferência entre esses dois equipamentos. Pode-se generalizar, sem muito risco de erro, que europeus e orientais preferem turbos e os americanos preferem compressores mecânicos.

Do ponto de vista de engenharia, porém, a escolha deve ser guiada pelas características, vantagens e desvantagens de cada equipamento. Prova disso é que cada vez mais carros europeus saem de fábrica com compressor de acionamento mecânico, e cada vez mais automóveis americanos vêm equipados com turbo. Então, uma escolha racional sobre qual sobrealimentador usar deve ser guiada pela engenharia? Bem... quem disse que preparação é algo estritamente racional?

As curvas de potência (as mais altas) e de torque estimadas para o Omega 4,1 original (em azul); com compressor tipo parafuso (em verde); e com turbo e intercooler (em vermelho)

Existem vários tipos de compressor de acionamento mecânico, mas os turbocompressores são basicamente de um único tipo. O turbo é composto de uma turbina, acionada pelos gases que saem pelo escapamento, e um compressor centrífugo, que é solidário por um eixo à turbina. Portanto, o turbo não rouba força do motor para funcionar: retira energia dos gases de escapamento, que estão mesmo sendo eliminados.

Com os compressores de acionamento mecânico é diferente: todos eles retiram força do motor para funcionar, quer através da polia do virabrequim, quer pela polia do comando de válvulas ou por outra polia, que de qualquer forma é acionada pela força do motor. Seria o turbo sempre mais eficiente? Nem tanto. Existem outras coisas a considerar, e a principal é a eficiência térmica de compressão, a capacidade do compressor em comprimir o ar sem gerar calor. Ela depende principalmente do tipo de compressor usado. Vejamos os compressores mais usados em preparação sobrealimentada.
Figura 1 - compressor de rotores, tipo Roots, ou blowerCompressor de rotores, tipo Roots, ou blower

É o maior e menos eficiente. É composto de dois rotores com seção transversal semelhante a um oito. Na realidade não é um compressor, já que os rotores, ao girar, somente deslocam o ar para o coletor, onde ele acaba sendo comprimido. A eficiência térmica fica em torno de 50%. Ultimamente tem caído em desuso na indústria automobilística, que busca a maior eficiência. Mas ainda são indicados para baixas pressões de sobrealimentação em motores de grande cilindrada, pois são capazes de fornecer um grande volume de ar (fig. 1).
Figura 2 - compressor de palheta, ou tipo VaneCompressor de palheta, ou tipo Vane

Eficiente do ponto de vista térmico, chega a atingir entre 80% e 90% de eficiência. É composto de um cilindro excêntrico com diversas palhetas, que ao girar comprime o ar. Fornece pouca vazão, apesar de conseguir altas pressões. Só pode ser usado em motores menores e por isso não é muito comum sua aplicação em automóveis (fig. 2).
Figura 3 - compressor de parafuso, ou tipo LysholmCompressor de parafuso, ou tipo Lysholm

É um dos mais eficientes tipos de compressores: chega a 95% de eficiência térmica. É composto de dois rotores, um com lóbulos e outro com vales, que ao girar comprimem o ar. Tem aplicação ampla, pois pode fornecer boa vazão e também gerar pressões bem altas (fig. 3).
Figura 4 - compressor centrífugo ou axialCompressor centrífugo ou axial

Tem boa eficiência térmica: os melhores ficam em 93%. É composto de um rotor com pás que, ao girar, comprime o ar pela força centrífuga de sua alta rotação. Pode ser acionado mecanicamente, mas é também o tipo de compressor usado em conjunto com a turbina nos turbocompressores, pois precisa de pouquíssimo torque para funcionar (fig. 4).

Então pode-se pensar que os compressores mecânicos tipo parafuso são os mais eficientes, mas no cômputo geral, ou seja, levando em conta a energia necessária para o funcionamento do compressor, o turbo ainda ganha com boa margem. Isso quer dizer que, para uma mesma pressão, um motor equipado com turbo e intercooler desenvolverá maior potência do que um equipado com qualquer tipo de compressor acionado mecanicamente.

Mas, então, por que os fabricantes não usam apenas turbos? Porque cada compressor tem suas características, que podem ser desejadas em detrimento da eficiência total. Em geral os compressores mecânicos fornecem pressão mais cedo, isto é, em regimes de rotação mais baixos. O comportamento do motor fica mais semelhante ao de um motor aspirado de maior cilindrada.

Torque em baixas rotações é, portanto, o forte dos compressores mecânicos, e por isso cada vez mais os fabricantes investem neles. Mas a pressão que fornecem não é constante como muitos pensam: ela é proporcional à rotação, ou seja, sobe de uma pressão inicial em marcha-lenta até atingir a pressão máxima no limite de rotação. O turbo, ao contrário, não fornece pressão em regimes muito baixos, depois sobe rapidamente para a pressão máxima, quando então a válvula de alívio se abre para manter a pressão constante até o limite de rotação.

Esta curva evidencia a diferença de regime de sobrealimentação entre os turbos e os compressores mecânicos. Figura 5
Os compressores fornecem pressão mais cedo, mas por outro lado os turbos mantêm a pressão máxima numa faixa maior de rotação (fig. 5).

Por questões técnicas o proprietário escolheu uma pressão menor para o compressor mecânico. Desta forma a diferença entre este e o turbo será ainda maior. Mas isso não deve ser o único fator a nortear a escolha: o compressor de parafuso fornecerá melhor dirigibilidade e será mais silencioso, mas o motor terá menor rendimento em médias e altas rotações, é um equipamento maior, mais pesado e geralmente mais caro.

Mesmo assim, a escolha fica mesmo no campo da dirigibilidade, já que ambos são capazes de cumprir as metas estabelecidas para a preparação. Se o proprietário acredita que o motor não dispõe de força suficiente nos regimes mais baixos -- que não é o caso do motor GM 4,1 do Omega --, a escolha deve cair sobre o compressor mecânico. Caso potência em alta seja a prioridade, deve-se usar o turbo.

Vale ressaltar que, devido ao maior rendimento geral, o motor com turbo desfrutará de consumo equivalente ao do compressor de parafuso, apesar da maior pressão.

O dimensionamento de ambos os equipamentos fica a cargo do preparador, mas aqui vão algumas diretrizes. Para o turbo, priorizando entrada em funcionamento em baixas rotações sem comprometer a eficiência em alta, um turbo como o Garret T04 trim (compressor) H3, trim (turbina) P, A/R 1.32, ou equivalente de outra marca de boa qualidade deve ser usado.

Um bom intercooler aletado resfriará o ar, de 130°C que ele deixa o turbo após comprimido, para 51°C, que serão admitidos após a passagem pelo intercooler -- como se vê, neste caso ele é indispensável.

O compressor tipo parafuso deve ser capaz de aspirar 700 cfm (cubic feet per minute, pés cúbicos por minuto) de ar e fornecer 340 cfm de ar comprimido à pressão máxima de 1 kg/cm². Com essas informações e a configuração do motor, basta contatar o fabricante do compressor e indagar quais modelos ele possui para atender essa faixa de trabalho.

Por essa relação de volumes fica evidente o caráter da sobrealimentação. O volume admitido pelo compressor é equivalente ao que seria admitido por um motor de 8,3 litros, ou seja, maior que o do Dodge Viper, hoje o de cilindrada mais alta do mundo em um automóvel. Mas este ar todo entra no motor 4,1 do Omega.

Foram simuladas as duas preparações. Observe os resultados esperados para preparações de excelente qualidade:
  Original Compressor tipo parafuso Turbo e intercooler
Potência máxima 168 cv 341 cv 395 cv
Rotação de potência máxima 4.500 rpm 4.500 rpm 4.500 rpm
Velocidade máxima 212 km/h 268 km/h 282 km/h
Rotação à velocidade máxima 4.500rpm 5.700 rpm 6.000 rpm
Aceleração de 0 a 100 km/h 9,6 s 5,7 s 5,2 s
Torque máximo 29,1 m.kgf 59,1 m.kgf 68,5 m.kgf
Rotação de torque máximo 3.500 rpm 3.500 rpm 3.500 rpm
Aceleração longitudinal no interior do veículo 0,65 g 1,09 g 1,20 g
Eficiência volumétrica na rotação de potência máxima 67,0 % 136,0 % 157,7 %
Eficiência volumétrica na rotação de torque máximo 72,9 % 148,0 % 171,6 %
A margem de erro é de 5% (para cima ou para baixo), considerando-se instalação bem-feita. Calculamos a aceleração de 0 a 100 km/h e a aceleração longitudinal máxima (sentida no interior do automóvel) a partir da eficiência de transmissão de potência ao solo do carro original. Para atingir os resultados estimados pode ser necessária a recalibragem da suspensão, reforços no monobloco e/ou o emprego de pneus mais largos. A velocidade máxima estimada só será atingida com o ajuste recomendado da relação final de transmissão. Os resultados de velocidade são para velocidade real, sem considerar eventual erro do velocímetro. A rotação à velocidade máxima é calculada considerando a relação atual de transmissão.
Algoritmo de simulação de preparação de motores desenvolvido pelo consultor
Iran Cartaxo, de Brasília, DF.
O motor GM 4,1, apesar da atualização sofrida para equipar o Omega, não deixa de sofrer com o projeto antigo. A eficiência volumétrica é baixa, menos de 70% nos regimes de potência máxima, e não fica muito acima disso no regime de torque máximo. Mas isso não é um inconveniente quando o que se deseja é sua generosa curva de torque, que chega a níveis absurdos quando sobrealimentado -- mais de 60 m.kgf é torque "para subir em paredes", equivalente ao de um Viper, que é V10 com 8 litros, e superior até mesmo ao do novo Corvette Z06, um V8 de 5,7 litros e 390 cv.

Para o nível de preparação citado, apesar da potência absurda conseguida, não é necessário o uso de peças forjadas desde que o motor esteja com a lubrificação perfeita e seja usado racionalmente. O óleo lubrificante é muitas vezes contaminado com combustível devido ao uso de mistura muito rica (que também eleva o consumo e as emissões poluentes). Isso diminui sua viscosidade, pode provocar o travamento do pistão e muitas vezes a quebra da biela, algo realmente destrutivo para o motor e... o bolso.

Peças forjadas aumentam a margem de segurança. Por isso são muito recomendadas pelos preparadores, já que podem evitar quebras causadas por regulagem errada. Devem ser usadas, neste caso, somente se o proprietário decidir por uma segurança maior.

O uso do álcool não se faz necessário, mesmo para a pressão mais alta, pois a taxa de compressão é relativamente baixa: 8,5:1. Isso é possível apenas se a preparação for muito bem executada, tendo especial cuidado para admitir ar frio -- em que contribuem o intercooler, turbo bem dimensionado, coletor de escapamento de qualidade e bocal de admissão em local fresco.

Para usar gasolina com essas pressões também é preciso um ótimo trabalho de regulagem, no que influi diretamente a eletrônica, tanto para gerenciar a alimentação quanto a ignição (
saiba mais). Caso isso não seja possível, converter para o álcool é mais seguro do ponto de vista de proteção contra detonação, mas o rendimento será um pouco menor que o simulado e será mais difícil ajustar o carro para que fique com boa dirigibilidade, sem falhas em nenhuma condição ou regime.

Uma ótima preparação, com equipamentos de qualidade e uma regulagem esmerada, dará um consumo médio cidade/estrada em torno de 6,5 km/l -- não muito, se comparado aos 8,1 km/l originais. Mas essas marcas são facilmente majoradas caso o uso do carro seja mais agressivo, ou caso a preparação não atinja qualidade irretocável.

A necessidade de alongamento da relação de transmissão depende em parte de uma escolha do proprietário. O câmbio original do Omega CD já é bastante longo, mas com a preparação será necessário um alongamento para que as rotações de velocidade máxima e potência máxima, observadas na tabela de simulação, fiquem próximas e permitam realmente atingir a velocidade máxima simulada.

Na preparação mais forte, caso o câmbio não seja alongado , a velocidade máxima alcançada será de "apenas" 259 km/h , quando o motor estará a 5.550 rpm em última marcha. Nesta rotação ele produzirá 308 cv, bem menos que os 395 cv possíveis no regime ideal. Entretanto, diante da inviabilidade e ilegalidade de atingir esse patamar de velocidade no Brasil, manter as relações originais não trará prejuízo ao desempenho ou ao nível de ruído. Os alongamentos ideais, de qualquer modo, são de 27,3%, para a preparação com compressor mecânico, e 33,7% para o turbo.

A transmissão precisará ser reforçada, pois o Omega não é um carro leve e a força do motor será bem grande. Essa tarefa será facilitada pela possibilidade de uso dos componentes desenvolvidos para a Stock Car, que usa mecânica semelhante. Em casos críticos, todo o conjunto de câmbio e diferencial pode ser igual aos usados pelos carros de competição.

Mas neste caso, para um uso consciente e sem abusos -- como arrancadas em piso irregular ou trancos fortes --, pode-se preservar o conjunto original, usando somente uma embreagem reforçada (não precisa ser de cerâmica) e um platô com cerca de 40% a mais de carga.

A suspensão está no caminho certo. As molas do Omega 3-litros baixam um pouco a altura e por consequência o centro de gravidade do veículo, e os amortecedores Koni podem ter a carga regulada e trabalham bem em condições-limite. Mas para um bom comportamento dinâmico esse conjunto não está bem ajustado: as molas deveriam ter maior carga, cerca de 30% a mais. Molas de maior carga e com a mesma altura das que estão sendo utilizadas podem ser encomendadas em fabricantes nacionais destes componentes para competição (
saiba mais).

As rodas e pneus estão indo bem: o leitor aumentou a área de contato, mantendo de forma quase exata o diâmetro externo do conjunto. Mas para quase 400 cv, pneus com 265 mm de largura seriam os mais indicados. Só que é impraticável usar o perfil 40, necessário para manter o diâmetro do conjunto, em nossos pavimentos esburacados. Neste caso, ou se aumentam o diâmetro e a largura do conjunto e se enfrentam as dificuldades de fazê-lo caber nas caixas de roda e, ainda, os ajustes que deverão ser feitos em toda a geometria da suspensão, ou se convive com a medida atual, sabendo que é subdimensionada para o desempenho que o Omega terá.

Caso se decida realmente por aumentar a largura e o diâmetro do conjunto, os pneus dianteiros podem ser diferentes dos traseiros. Bastam 235 mm na dianteira, ficando atrás com os de 265 mm. Isso ajuda a contornar um pouco a tendência que aparecerá ao sobresterço (saída de traseira) em condições extremas. Mas implica mais ajustes na geometria da suspensão. Não compre pneu algum, porém, sem verificar sua compatibilidade com as caixas de roda do Omega -- sobretudo as traseiras, prejudicadas pelo corte reto do arco dos pára-lamas.

O comando de válvulas pode permanecer original, pois a sobrealimentação fornecerá a força extra desejada. O comando original será mais benéfico para o turbo, pois é um comando para torque, o que ajuda a entrada em funcionamento do turbo em baixas rotações, resultando em ótima dirigibilidade.

Se todas as modificações forem feitas com equipamentos de qualidade e toda a preparação for bem executada, o resultado final será um carro agradável de dirigir, seguro, que não dará dor de cabeça ao dono e, principalmente, muito forte -- vai assustar muito BMW M3 e similares.

Envie sua consulta - Página principal - e-mail

© Copyright 2000 - Best Cars Web Site - Todos os direitos reservados