quarta-feira, 24 de maio de 2017

Refletindo sobre a capacidade de compensação de altitude proporcionada pelo turbocompressor

Antes muito discriminado pelo público em geral, o turbocompressor acabou por cair nas graças tanto de uma parcela mais significativa do grande público quanto de profissionais da indústria automotiva como uma das alternativas dotadas de uma relação custo/benefício favorável para conciliar metas de redução de consumo e emissões a uma manutenção de níveis de desempenho compatíveis com os mais diversos cenários operacionais e as preferências do consumidor. Uma característica que também ganhou algum destaque foi a capacidade de compensação dos efeitos da altitude, tendo em vista que a pressão absoluta no coletor de admissão (MAP - Manifold Absolute Pressure) se mantém mais constante mesmo enquanto se vai avançando para altitudes mais elevadas em relação ao nível médio do mar.
Turbocompressor em corte esquemático, com turbina vista pela esquerda, carcaça central ao centro e compressor à direita
Como o eixo do turbo tem a rotação livre, independentemente do virabrequim, tende a apresentar uma variação mais intensa desse parâmetro, numa razão inversamente proporcional à medida que a pressão ambiente se altere tanto pela altitude local quanto por condições meteorológicas para uma determinada pressão absoluta na qual o fluxo de ar vá ser suprido ao coletor de admissão. Assim, em localidades mais altas onde a pressão barométrica é menor, o turbocompressor necessita operar a uma rotação mais elevada para promover uma efetiva compensação de altitude e manter um desempenho mais próximo das condições encontradas ao nível médio do mar. No entanto, é impossível ignorar que o ar ambiente menos denso tende a acentuar o chamado turbo-lag, que é o atraso entre a partida do motor e o momento que a turbina "enche" o suficiente para vencer a inércia e acionar o compressor. Por exemplo, não seria de se estranhar que um veículo equipado com turbocompressor ainda venha a ter respostas mais imediatas logo após a partida em Florianópolis comparado a um similar que esteja trafegando em Lages.
Um dos métodos mais comuns para o controle da pressão de trabalho do turbocompressor é a válvula de prioridade, também conhecida por "wastegate", "blow-off" ou "válvula de alívio, que abre por ação de uma mola sensível à pressão do compressor uma passagem adicional para que uma parte dos gases de escape faça um desvio (bypass) ao invés de adentrar a turbina. No entanto, a pressão não deve ser o único parâmetro para controlar o turbocompressor e assegurar a vida útil desse componente cada vez mais importante não apenas nos motores Diesel mas também em similares com ignição por faísca que sigam o conceito do downsizing. Limitar a rotação máxima do conjunto rotor (eixo, turbina e compressor), ainda que viesse a comprometer a compensação de altitude em localidades com uma distância mais significativa do nível médio do mar, é essencial tanto para minimizar o desgaste quanto para assegurar uma maior precisão na lubrificação e evitar a formação da borra de óleo nos mancais do eixo, principalmente em turbos mais simples que dependem do óleo também para refrigerar a carcaça central. Vale destacar também que uma rotação excessiva do turbo pode acarretar em estol do compressor, causando prejuízos à eficiência do processo de compressão e também ao desempenho do motor.

É inevitável a comparação com os compressores mecânicos conhecidos como supercharger ou "blower", cuja velocidade fica diretamente vinculada à rotação do motor. Ao contrário do turbo, o "blower" é acionado pelo próprio motor, e produz pressão sem alterar a proporção volumétrica entre o fluxo de entrada no compressor e o de saída para o coletor de admissão independentemente da pressão ambiente. Em aplicações automotivas, com destaque para os hot-rods e outros veículos de concepção mais americanizada tradicionalmente dotados de motores V8, é mais comum o uso de blowers de velocidade simples que, se por um lado geram pressão desde a marcha lenta, por outro não permitem uma efetiva compensação de altitude. Até chegaram a ser produzidos superchargers de velocidade variável, aptos a promover um certo grau de compensação de altitude ao comando do operador, mas acabaram restritos a aplicações aeronáuticas numa época em que a aviação ainda dependia mais de motores convencionais como no clássico Douglas DC-3 "Dakota". No entanto, o custo tornava tal recurso pouco atrativo para muitos operadores, que dispensavam uma reserva de potência maior em altitude de cruzeiro pela maior simplicidade mecânica.

Mesmo que a compensação de altitude possa apresentar algumas limitações em condições extremas, o turbo tem reconhecida cada vez mais a importância como um recurso essencial para manter o Diesel competitivo em meio à crescente procura por uma maior "sustentabilidade" do transporte quanto as melhorias que proporciona no desempenho. Permanece, assim, ocupando um lugar de destaque entre tantos desenvolvimentos que impulsionaram o Diesel ao atual patamar de desempenho e economia de combustível.

segunda-feira, 8 de maio de 2017

Rebatendo artigo anti-Diesel de Leão Serva no site da Folha de São Paulo

Já não é nenhuma novidade que as mídias tradicionais brasileiras viraram à esquerda e se tornaram um repositório do que há de mais nefasto, perpetuando a alienação e a degradação moral que vem se abatendo sobre o país. Um exemplo de desserviço prestado pela imprensa recentemente foi o artigo publicado hoje, 8 de maio de 2017, no site do jornal Foice Folha de São Paulo por Leão Serva com o título claramente sensacionalista Ministério da Saúde deveria advertir: diesel mata! Trata-se de mais um daqueles textões repletos de generalizações que não apenas se mostram infundadas como também ignora algumas causas que deram efeito ao que se tenta apontar como um problema...

Leão Serva já começa mal ao alegar que há muito tempo o diesel deveria ter sido proibido nas grandes cidades, mas a indústria do petróleo e as fábricas de caminhões e ônibus forçam para mantê-lo, o que é uma meia-verdade. De fato, o óleo diesel convencional derivado do petróleo está longe de ser uma opção tão adequada como combustível veicular em áreas densamente povoadas, mas soa no mínimo estúpido ignorar a maior eficiência energética inerente aos motores do ciclo Diesel em comparação a um similar de ignição por faísca, bem como a sabotagem promovida pela indústria petrolífera contra a proposta de se usar óleos vegetais brutos como combustível defendida por Rudolf Diesel, mas daí a atribuir também aos fabricantes de veículos utilitários pesados uma parte da "culpa" é um equívoco. Basta lembrar dos esforços da Scania para tentar viabilizar o uso do etanol em motores Diesel para aplicação em ônibus urbanos e caminhões, além de tantas iniciativas voltadas a uma introdução do gás natural e do biogás/biometano na matriz energética do transporte comercial implementadas por diversos fabricantes e ainda de forma independente por alguns operadores, tanto como eventuais substitutivos quanto como complemento ao óleo diesel convencional. Ou seja, existe algum esforço para reduzir a dependência pelo Diesel, mas as condições operacionais fazem com que pareça um tanto utópica uma eventual substituição total por combustíveis voláteis.

O articulista também faz uma menção à Lei Municipal de Mudanças Climáticas aprovada em 2009 em São Paulo, prevendo que até 2018 toda a frota de ônibus urbanos deveria valer-se exclusivamente de fontes de energia "limpas", lembrando que deveria ter sido feita uma renovação anual de 10% da frota seguindo tal critério para atingir o objetivo no prazo fixado pela lei, apesar da licitação lançada pela prefeitura em 2015 e que ficou suspensa até o final de 2016 não ter nem sequer mencionado tal diretriz. Não foi feita no artigo nenhuma referência específica a combustíveis como o gás natural, que chegou a ser apontado como um eventual substituto para o óleo diesel no transporte coletivo em São Paulo na época que a prefeitura era ocupada por Luíza Erundina, tampouco ao etanol ou ao biodiesel, o que dá margem a uma infinidade de especulações acerca de quais seriam os melhores métodos para fazer com que a legislação seja cumprida satisfatoriamente.

Apesar da execração aos motores do ciclo Diesel, estes ainda estão longe de ser uma ameaça à saúde pública como alega Leão Serva. Apontando uma "visão imediatista" como uma das causas para a preservação do diesel em todo o planeta, mais especificamente uma certa resistência à substituição da motorização da frota de uma metrópole em função dos custos iniciais mesmo diante da alegada economia na área da saúde, o artigo ignora uma série de fatores que vão desde a evolução nos sistemas de controle de emissões até as inúmeras oportunidades para implementar tanto o biodiesel quanto um eventual uso direto de óleos vegetais como combustível veicular, passando ainda pela aparente ignorância quanto às particularidades do funcionamento das gerações mais modernas tanto de motores do ciclo Diesel quanto do ciclo Otto. Enquanto dispositivos como filtros de material pariculado (DPF - Diesel Particulate Filter) e o controverso SCR (Selective Catalyst Reduction) que requer o uso de uma solução aquosa de uréia a 32,5% (ARLA-32/AdBlue/DEF) para neutralizar parte dos óxidos de nitrogênio (NOx) já marcam presença nos motores turbodiesel enquadrados nas normas de emissões mais rígidas, ainda tem ocorrido um certo comodismo com relação a alguns efeitos colaterais da maior popularidade que a injeção direta vem alcançando nos motores de ignição por faísca, mais notadamente no âmbito dos NOx mas, por mais surpreendente que possa parecer, também no tocante ao material particulado. Portanto, alegar que a gasolina seria menos poluente como foi feito pelo jornalista não deixa de ser outra meia-verdade.

Cabe uma reflexão sobre os problemas antes restritos ao Diesel que agora avançam em paralelo ao downsizing nos motores de ignição por faísca: o uso da injeção direta tornou-se essencial para contornar a pré-ignição ao usar uma proporção menor de combustível pela massa de ar em motores de ignição por faísca com uma alta compressão dinâmica que estaria vinculada tanto à presença do turbocompressor quanto em alguns casos simplesmente por uma taxa de compressão estática mais elevada. Num motor de ignição por faísca dotado de injeção direta, a gasolina ou o etanol passam a sofrer a vaporização num intervalo mais curto e já dentro da câmara de combustão ao entrar em contato com o ar previamente aquecido durante a fase de compressão, enquanto num motor mais tradicional o calor latente contido no fluxo de ar da admissão é absorvido pelo combustível quando suprido por injeção convencional no coletor de admissão ou por carburador. Como uma proporção menor de combustível promove uma menor refrigeração das câmaras de combustão, a formação dos NOx se torna mais intensa, enquanto um volume de combustível maior a ser administrado por meio da injeção direta tende a sofrer uma vaporização menos completa, favorecendo a geração de fuligem devido a uma queima incompleta.

Até mesmo o gás natural, constantemente apontado como um substitutivo o óleo diesel convencional por fatores tão diversos quanto um custo inicial menor geralmente associado aos motores de ignição por faísca em comparação aos Diesel, está longe de ser uma solução tão eficaz para conciliar as metas de redução de emissões às necessidades de muitos operadores comerciais que não poderiam se dar ao luxo de comprometer a autonomia e/ou a capacidade de carga para acomodar cilindros de gás natural veicular. Também cabe frisar que, em virtude da alta resistência à pré-ignição, superior até mesmo à do etanol, não é incomum que veículos convertidos para GNV sejam ajustados para recorrer a uma mistura ar/combustível mais pobre quando estão usando o gás e, se por um lado não é tão crítico para a formação de material particulado ao já ser admitido em estado de vapor e ainda diminui as emissões de CO², por outro acaba não havendo uma redução tão significativa dos NOx, além de proporcionar um desgaste mais acentuado em componentes do cabeçote em alguns motores.

Leão Serva faz referência ao cerco que o Diesel vem sofrendo na Europa, tomando como referência o caso de Londres, onde o prefeito trabalhista Sadiq Khan teria convencido a primeira-ministra britânica conservadora Theresa May a aceitar a defesa de um financiamento público estimado em 3,5 bilhões de libras esterlinas para uma alegada "conversão" da frota londrina num período de 2 anos, mesmo diante de uma eventual reticência dos assessores para a área financeira e do ceticismo de outros políticos ingleses diante de uma real eficácia que a medida viria a ter. A alegação de Sadiq Khan relaciona cerca de 9000 mortes anuais à poluição em Londres, a um custo de 3,7 bilhões de libras por ano, e os veículos motorizados são apontados como os principais responsáveis pela poluição na cidade, que teria 10% da frota de "carros de passeio" (definição um tanto vaga que ignora o uso de veículos comerciais para evasão fiscal em aplicações particulares não-comerciais) movida a óleo diesel convencional. O ex-ministro da Ciência britânico Paul Drayson também teria feito oposição ao combustível já em 2015, declarando que "o diesel está literalmente matando gente" e caindo no mesmo problema da generalização que ignora soluções práticas e de implementação mais simples, rápida e econômica que vão desde o biodiesel até a integração com outros combustíveis alternativos como o etanol e o biogás/biometano.

É mencionado no artigo que outras cidades européias também estão anunciando restrições ao Diesel, sem especificar quais, embora um caso que ganhou grande repercussão tenha sido Paris, e metrópoles em outros continentes também estariam sendo influenciadas por tal medida. Leão Serva usa como exemplo a Cidade do México, à qual atribui características semelhantes a São Paulo, e que estaria em vias de acompanhar Paris e Londres numa proibição total ao óleo diesel em 2025. Convenhamos que ignorar tanto a maior eficiência quanto a aptidão ao uso de uma grande variedade de combustíveis alternativos nos motores do ciclo Diesel pode custar ainda mais caro a longo prazo, levando em consideração o maior impacto ambiental da produção e dos processos logísticos para assegurar a disponibilidade de uma maior quantidade de combustíveis que se faria necessária para atender a motores menos eficientes, e ainda eventuais prejuízos à segurança energética devido à manutenção de um modelo excessivamente centralizador e meramente arrecadatório que permanece regulando a produção e comercialização de combustíveis.

Leão Serva aponta uma suposta ameaça para o Brasil na pressão anti-Diesel que se descortina na Europa, alegando que os fabricantes tentariam desovar no nosso país os veículos que não poderiam mais comercializar naquele mercado e também no México. Alega que haveria uma subserviência dos sucessivos governos brasileiros à indústria automobilística, e que logo seria seguida por incentivos à implantação de montadoras de carros a diesel, um discurso que se revela infundado diante da perda de competitividade que os automóveis de fabricação brasileira vem sofrendo tanto para exportação quanto no mercado interno, demonstrada pela transferência da produção de novas gerações de alguns modelos para a Argentina. Também não se pode esquecer que a tecnologia para produção de motores Diesel para veículos leves já é dominada pelos fabricantes estrangeiros instalados no Brasil, além de ser aplicada a versões de carros nacionais destinadas exclusivamente à exportação.

O alarmismo do artigo publicado no site da Folha não contribui em nada para que a discussão sobre uma eventual liberação do Diesel em veículos leves decorra da forma mais salutar possível. Por mais que o óleo diesel convencional usado no Brasil ainda tenha uma qualidade abaixo do que seria de se esperar, e uma parte considerável da frota brasileira de caminhões e ônibus esteja num estado precário de manutenção que compromete tanto a economia de combustível quanto os índices de emissões, não faz sentido subestimar as vantagens que motores do ciclo Diesel são capazes de proporcionar tanto no tocante às condições operacionais quanto para a melhoria da qualidade do ar.

sexta-feira, 5 de maio de 2017

Esclarecendo algumas dúvidas quanto à viabilidade de conversões para Diesel em motores 2-tempos para motocicletas

O tema de hoje visa esclarecer algumas dúvidas levantadas por Israel Dantas, que manifestou interesse em converter uma Yamaha RD 135 para Diesel.

Dentre os motores de ignição por faísca, os 2-tempos ainda contam com entusiastas fervorosos que apreciam principalmente a simplicidade construtiva e a leveza dos mesmos em comparação aos 4-tempos que se tornaram predominantes. A ausência de um sistema de válvulas de admissão e escape os torna mais baratos, bem como o sistema de lubrificação que na maioria das vezes dispensa uma bomba própria ao valer-se de uma mistura prévia de óleo à gasolina (ou ao etanol quando aplicável) e também apresenta pouca sensibilidade a variações acentuadas de inclinação, mas a tão apreciada simplicidade sofre um revés quando se trata da viabilidade de uma conversão para Diesel.
Ao contrário dos motores 4-tempos, que mantém uma certa similaridade no sistema de lubrificação e nos fluxos de admissão e escape sem tanta distinção entre o Diesel e a ignição por faísca, os 2-tempos tornam mais evidentes algumas diferenças. Por exemplo, enquanto um motor 2-tempos de ignição por faísca dispensa válvulas tanto de admissão quanto de escape, muitos motores Diesel 2-tempos ainda recorrem a válvulas ao menos para o escape e também já incorporam um lóbulo para sincronização da bomba injetora no próprio eixo de comando de válvulas. Também é importante lembrar que, ao contrário dos motores 2-tempos de ignição por faísca que normalmente tem o óleo lubrificante distribuído no fluxo de admissão e queimado durante o processo de combustão, os Diesel 2-tempos geralmente tem um sistema de lubrificação por recirculação forçada como nos 4-tempos.
Um ponto a se destacar é a necessidade de um compressor mecânico, também conhecido como "blower" ou "supercharger", para gerar pressão de admissão. Ao contrário do turbocompressor, que é acionado pelo fluxo dos gases de escape e portanto só entra em ação após a partida, o blower depende de acoplamento ao motor (podendo ser por meio de correia e polias, ou ainda direto por engrenagens, ou axial por tomada de força no virabrequim) e é imprescindível que esteja gerando pressão desde a partida. Outra diferença notável entre o blower e o turbo é que, em função dos diferentes métodos de acionamento, o compressor mecânico mantém uma rotação sempre proporcional ao virabrequim e portanto, apesar de prover pressão de forma mais imediata e consistente desde regimes de rotação mais baixos, estaria longe de proporcionar uma compensação de pressão atmosférica tão efetiva quanto a que pode ser observada com o turbo.

Para adaptação em motocicletas, nas quais fica mais difícil adaptar tomadas de força pela necessidade de alterar as tampas laterais que protegem a embreagem e o estator, prover acoplamentos tanto para o blower quanto para sincronizar a bomba injetora torna-se um desafio. Em modelos como as Yamaha RD 135 e DT 200 R, à primeira vista pode parecer tentador usar o acoplamento original da bomba de óleo do sistema Autolube, que possibilita o armazenamento do óleo em um tanque separado do combustível e a dosagem de acordo com as condições de carga a que o motor esteja submetido, ou até mesmo usar essa bomba como injetora, mas está longe de ser assim tão fácil. Afinal, mesmo que o combustível passasse a ser suprido ao motor por meio de injeção direta, a lubrificação continua dependendo da aspersão do óleo no cárter junto ao fluxo de ar da admissão.

Por mais que a viabilidade das conversões de alguns motores 4-tempos de ignição por faísca (ciclo Otto) para Diesel possa num primeiro momento soar como um bom precedente, é um caso em que não convém generalizar. Algumas especificidades dos motores 2-tempos, principalmente no âmbito dos fluxos internos e do sistema de lubrificação, acabam impondo necessidades especificas que, se não chegam a impedir totalmente, trariam algumas dificuldades ainda mais evidentes numa aplicação tão sensível a um aumento de peso e com restrição de espaço como é o caso de motocicletas. Enfim, a intenção não é das piores, mas a execução poderia se revelar problemática...